(57)【要約】本発明の集光光学系は、波長λ１（３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束と波長λ２（６５０ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ）の光束を、保護基板厚ｔ１（０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ）とｔ２（０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ）の第１と第２の光情報記録媒体に集光させる光ピックアップ装置に用いられる。集光光学系は単玉の対物光学素子とこの対物光学素子の入射面の直前に対向して配置される単玉の第１光学素子とを備え、これら光学素子の少なくとも１つに位相差付与構造が形成される。この位相差付与構造は、波長がλ１から１ｎｍ変動した場合の当該波長変動前後における、光軸方向に同じ位置での収差変動量を０．０３λｒｍｓ以下に補正する色補正機能を有する。
2004088648.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波長λ１（３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行い、第２光源から出射される波長λ２（６５０ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ）の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる集光光学系であって、
前記各光情報記録媒体の情報記録面の直前に対向して配置される単玉の対物光学素子と、該対物光学素子の光源側の光学面の直前に対向して配置される単玉の第１光学素子とを備え、
前記対物光学素子及び第１光学素子の光学面のうち少なくとも１つの光学面に、前記波長λ１の光束に対して位相差を付与する位相差付与構造が形成され、該位相差付与構造が、前記第１光源からの出射光束の波長がλ１から１ｎｍ変動した場合の当該波長変動前後における、光軸方向に同じ位置での収差変動量を０．０３λｒｍｓ以下に補正する色補正機能を有する集光光学系。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の集光光学系であって、
前記第１光学素子の光学面のうち少なくとも一方が凸面である集光光学系。
【請求項３】
請求の範囲第２項に記載の集光光学系であって、
前記第１光学素子の両方の光学面が凸面であり、且つ非球面である集光光学系。
【請求項４】
請求の範囲第２項に記載の集光光学系であって、
前記波長λ１の光束と波長λ２の光束との波長差によって生じる球面収差を補正する機能を有する集光光学系。
【請求項５】
請求の範囲第３項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子の光学面が有する屈折力と前記第１光学素子の光学面が有する屈折力とを組み合わせることにより、前記波長λ１の光束と波長λ２の光束との波長差によって生じる球面収差を補正する機能が達成される集光光学系。
【請求項６】
請求の範囲第２項のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子の、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が、
ｍ１＝０
ｍ２＝０
を満たす集光光学系。
【請求項７】
請求の範囲第６項に記載の集光光学系であって、
前記位相差付与構造が回折構造であり、前記波長λ１の光束の、該回折構造により生じるｎ（ｎは自然数）次の回折光を前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる集光光学系。
【請求項８】
請求の範囲第７項に記載の集光光学系であって、
ｎ＝５である集光光学系。
【請求項９】
請求の範囲第７項に記載の集光光学系であって、
ｎ＝８である集光光学系。
【請求項１０】
請求の範囲第２項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子の、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が、
ｍ１＝０
ｍ２≠０
を満たす集光光学系。
【請求項１１】
請求の範囲第１０項に記載の集光光学系であって、
前記位相差付与構造が回折構造であり、前記波長λ１の光束の、該回折構造により生じるｎ（ｎは自然数）次の回折光を前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる集光光学系。
【請求項１２】
請求の範囲第１１項に記載の集光光学系であって、
ｎ＝５である集光光学系。
【請求項１３】
請求の範囲第１１項に記載の集光光学系であって、
ｎ＝８である集光光学系。
【請求項１４】
請求の範囲第２項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子の光情報記録媒体側の光学面から前記第１光情報記録媒体の前記保護基板の表面までの光軸上の距離が１ｍｍ以上である集光光学系。
【請求項１５】
請求の範囲第２項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子と前記第１光学素子とから成る合成系の前記波長λ１の光束に対する焦点距離が２．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲内である集光光学系。
【請求項１６】
請求の範囲第２項に記載の集光光学系であって、
前記第２光源からの出射光束の波長がλ２から１ｎｍ変動した場合の当該波長変動前後における、光軸方向に同じ位置での収差変動量を０．０３λｒｍｓ以下に補正する色補正機能を有する光学素子が、前記波長λ２の光束の光路中であって前記波長λ１の光束の光路以外に配置される集光光学系。
【請求項１７】
請求の範囲第２項に記載の集光光学系であって、
前記位相差付与構造が、鋸歯状の回折輪帯又は光軸を中心とした複数の輪帯面が形成され、隣接する輪帯が光軸にほぼ平行な段差を介して接続する段差構造で構成され、
前記回折輪帯又は段差構造の段差の数が１５〜３０の範囲内である集光光学系。
【請求項１８】
請求の範囲第２項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子と前記第１光学素子の前記波長λ１の光束に対するアッベ数が異なる集光光学系。
【請求項１９】
請求の範囲第２項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子と前記第１光学素子の前記波長λ１の光束に対するアッベ数が等しい集光光学系。
【請求項２０】
請求の範囲第１８項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子と前記第１光学素子のうち少なくとも一方の光学素子の硝材がプラスチックである集光光学系。
【請求項２１】
請求の範囲第２項に記載の集光光学系であって、
前記光ピックアップ装置の駆動時において、前記対物光学素子と前記第１光学素子との相対位置が変更可能である集光光学系。
【請求項２２】
請求の範囲第２項に記載の集光光学系であって、
前記光ピックアップ装置の駆動時において、前記対物光学素子と前記第１光学素子との相対位置が変更不可能である集光光学系。
【請求項２３】
請求の範囲第２２項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子と前記第１光学素子とが物理的に連結されている集光光学系。
【請求項２４】
請求の範囲第２１項に記載の集光光学系であって、
前記第１光学素子の光源側の光学面から前記対物光学素子の光情報記録媒体側の光学面までの光軸上の距離が３ｍｍ以下である集光光学系。
【請求項２５】
請求の範囲第１項に記載の集光光学系であって、
前記光ピックアップ装置が、第３光源から出射される波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ３（１．１ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ）の第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う集光光学系。
【請求項２６】
請求の範囲第２５項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子の、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２と前記波長λ３の光束に対する光学系倍率ｍ３とが、
ｍ１＝０
ｍ２＝０
ｍ３＝０
を満たす集光光学系。
【請求項２７】
請求の範囲第２６項に記載の集光光学系であって、
前記位相差付与構造が回折構造であり、
前記対物光学素子及び第１光学素子の光学面のうち前記位相差付与構造が形成されている面が、少なくとも、光軸を含む中央領域と該中央領域の周囲を覆う周辺領域とに区分され、該中央領域を通過した前記波長λ３の光束は前記第３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、該周辺領域を通過した前記波長λ３の光束は前記第３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ず、
前記中央領域が、少なくとも第１領域と第２領域とに区分され、
該第１領域及び該第２領域はそれぞれ少なくとも一部に該回折構造を有し、
前記波長λ１の光束を前記第１情報記録媒体の情報記録面に記録する際には、該λ１の光束のうち、該第１領域を通過する光束については該第１領域の回折構造により生じるｎ１（ｎ１は正の奇数）次の回折光を利用し、該第２領域を通過する光束については、該第２領域の回折構造により生じるｎ２（ｎ２は正の偶数）次の回折光を利用する集光光学系。
【請求項２８】
請求の範囲第２７項に記載の集光光学系であって、
前記第１領域と第２領域とが、光軸方向に沿った段差面を介して連続する集光光学系。
【請求項２９】
請求の範囲第２８項に記載の集光光学系であって、
前記中央領域中に前記第１領域と第２領域とが１つずつ形成される集光光学系。
【請求項３０】
請求の範囲第２９項に記載の集光光学系であって、
前記第１領域が光軸を含む領域に形成される集光光学系。
【請求項３１】
請求の範囲第２９項に記載の集光光学系であって、
前記第２領域が光軸を含む領域に形成される集光光学系。
【請求項３２】
請求の範囲第２５項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子の、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２と前記波長λ３の光束に対する光学系倍率ｍ３とが、
ｍ１＝０
ｍ２＝０
ｍ３≠０
を満たす集光光学系。
【請求項３３】
請求の範囲第３２項に記載の集光光学系であって、
前記位相差付与構造が回折構造であり、
前記対物光学素子及び第１光学素子の光学面のうち前記位相差付与構造が形成されている面が、少なくとも、光軸を含む中央領域と該中央領域の周囲を覆う周辺領域とに区分され、該中央領域を通過した前記波長λ３の光束は前記第３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、該周辺領域を通過した前記波長λ３の光束は前記第３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ず、
前記中央領域が少なくとも一部に該回折構造を有し、
前記波長λ１の光束を前記第１情報記録媒体の情報記録面に記録する際には、前記波長λ１の光束のうち、該中央領域を通過する光束については、該回折構造によるｎ３（ｎ３は正の偶数）次の回折光を利用する集光光学系。
【請求項３４】
請求の範囲第３３項に記載の集光光学系であって、
前記中央領域を通過する前記λ１の光束の回折次数が１０、８、６又は２である集光光学系。
【請求項３５】
請求の範囲第３３項に記載の集光光学系であって、
前記周辺領域が少なくとも一部に該回折構造を有し、
前記波長λ１の光束を前記第１情報記録媒体の情報記録面に記録する際には、前記波長λ１の光束のうち、前記周辺領域を通過する光束については、該回折構造によるｎ４（ｎ４は正の奇数）次の回折光を利用する集光光学系。
【請求項３６】
請求の範囲第３３項に記載の集光光学系であって、
前記周辺領域を通過する前記波長λ３の光束は、前記位相差付与構造により位相差を付与されてフレア化されることにより、前記第３情報記録媒体の情報記録面上に集光しない集光光学系。
【請求項３７】
請求の範囲第３３項に記載の集光光学系であって、
前記周辺領域を通過する波長λ３の光束を前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光させない開口制限機能を有する光学素子が、前記第１光学素子の光源側の光学面に対向して配置される集光光学系。
【請求項３８】
請求の範囲第３３項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子及び第１光学素子の光学面のうち少なくとも１つの光学面に、前記波長λ１の光束及び波長λ２の光束は通過させると共に前記波長λ３の光束を反射することにより前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光させない波長選択性を有する多層膜が塗布されている集光光学系。
【請求項３９】
請求の範囲第３３項に記載の集光光学系であって、
前記光ピックアップ装置が、光検出器と前記第２光源とが一体的に構成されたホロレーザーユニットを備え、前記第２光情報記録媒体の情報記録面で反射した前記波長λ２の光束が、復路において往路と同一の光路を辿って該ホロレーザーユニットが有するホログラム素子に至り、該ホログラム素子によりその進路を変更されて、前記光検出器に入射する集光光学系。
【請求項４０】
請求の範囲第２５項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子の、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２と前記波長λ３の光束に対する光学系倍率ｍ３とが、
ｍ１＝０
ｍ２≠０
ｍ３≠０
を満たす集光光学系。
【請求項４１】
請求の範囲第４０項に記載の集光光学系であって、
ｍ２＝ｍ３
を満たす集光光学系。
【請求項４２】
請求の範囲第４１項に記載の集光光学系であって、
前記第２光源と前記第３光源とが一体化している集光光学系。
【請求項４３】
請求の範囲第４０項に記載の集光光学系であって、
前記光ピックアップ装置が、光検出器と前記第３光源とが一体的に構成されたホロレーザーユニットを備え、前記第３光情報記録媒体の情報記録面で反射した前記波長λ３の光束が、復路において往路と同一の光路を辿って該ホロレーザーユニットが有するホログラム素子に至り、該ホログラム素子によりその進路を変更されて、前記光検出器に入射する集光光学系。
【請求項４４】
請求の範囲第４０項に記載の集光光学系であって、
光源側から光軸方向に順に積層される厚さｔ１の前記保護基板と第１情報記録面と第２情報記録面とを有する前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことが可能な光ピックアップ装置に用いられる集光光学系。
【請求項４５】
請求の範囲第２５項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子の光情報記録媒体側の光学面から前記第１光情報記録媒体の前記保護基板の表面までの光軸上の距離が１ｍｍ以上である集光光学系。
【請求項４６】
請求の範囲第２５項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子と前記第１光学素子とから成る合成系の前記波長λ１の光束に対する焦点距離が２．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲内である集光光学系。
【請求項４７】
請求の範囲第２５項に記載の集光光学系であって、
前記第２光源からの出射光束の波長がλ２から１ｎｍ変動した場合の当該波長変動前後における、光軸方向に同じ位置での収差変動量を０．０３λｒｍｓ以下に補正する色補正機能を有する光学素子が、前記波長λ２の光束の光路中であって前記波長λ１の光束の光路以外に配置される集光光学系。
【請求項４８】
請求の範囲第２５項に記載の集光光学系であって、
前記位相差付与構造が、鋸歯状の回折輪帯又は光軸を中心とした複数の輪帯面が光軸にほぼ平行な段差を介して連続する段差構造で構成され、
前記回折輪帯又は段差構造の数が１５〜３０の範囲内である集光光学系。
【請求項４９】
請求の範囲第２５項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子と前記第１光学素子の前記波長λ１の光束に対するアッベ数が異なる集光光学系。
【請求項５０】
請求の範囲第２５項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子と前記第１光学素子の前記波長λ１の光束に対するアッベ数が等しい集光光学系。
【請求項５１】
請求の範囲第４９項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子と前記第１光学素子のうち少なくとも一方の光学素子の硝材がプラスチックである集光光学系。
【請求項５２】
請求の範囲第２５項に記載の集光光学系であって、
前記光ピックアップ装置の駆動時において、前記対物光学素子と前記第１光学素子との相対位置が変更可能である集光光学系。
【請求項５３】
請求の範囲第２５項に記載の集光光学系であって、
前記光ピックアップ装置の駆動時において、前記対物光学素子と前記第１光学素子との相対位置が変更不可能である集光光学系。
【請求項５４】
請求の範囲第５３項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子と前記第１光学素子とが物理的に連結されている集光光学系。
【請求項５５】
請求の範囲第５３項に記載の集光光学系であって、
前記第１光学素子の光源側の光学面から前記対物光学素子の光情報記録媒体側の光学面までの光軸上の距離が３ｍｍ以下である集光光学系。
【請求項５６】
請求の範囲第１項に記載の集光光学系であって、
前記位相差付与構造が回折構造であり、
前記波長λ１の光束の、該回折構造により生じるｎ（ｎは４以上の自然数）次の回折光を前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる集光光学系。
【請求項５７】
請求の範囲第５６項に記載の集光光学系であって、
ｎが５〜１０の自然数である集光光学系。
【請求項５８】
請求の範囲第５７項に記載の集光光学系であって、
ｎが５又は８である集光光学系。
【請求項５９】
請求の範囲第５８項に記載の集光光学系であって、
ｎが５である集光光学系。
【請求項６０】
請求の範囲第５８項に記載の集光光学系であって、
ｎが８である集光光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光ピックアップ装置の集光光学系に関する。
【背景技術】  近年、波長４００ｎｍ程度の青色レーザー光を用いることにより光情報記録媒体（光ディスク）の記録密度を高め、記憶容量を大きくしたいわゆる高密度光ディスクの研究・開発が進められている。
高密度光ディスクの規格としては、例えば、対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度、保護基板厚を約０．１ｍｍとするものや、ＮＡ及び保護基板厚を従来のＤＶＤ（デジタルビデオディスク）と同程度の約０．６５及び約０．６ｍｍに抑えたものが知られている。以下の説明においては、ＮＡを０．６５程度、保護基板厚を０．６ｍｍ程度とする高密度光ディスクを「ＡＯＤ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｃ）」と表記する。
そして、このような高密度光ディスクと、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）やＣＤ（コンパクトディスク）等の従来より広く用いられている光ディスクとの互換性を有する光ピックアップ装置に関する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
ここで、光ピックアップ装置においては、例えば光源からの出射光束のパワーを上昇させる際に、光束の波長が瞬間的に変動するいわゆるモードホップが生じると、光軸上に形成される集光スポットの位置が光ディスクの情報記録面からずれるという問題が生じるため、例えば単玉の対物レンズの光学面に回折構造を設けることにより、このような波長変動に対するレンズ特性（波長特性）の補正（以下、「モードホップ補正」ともいう。）を行なう必要がある。
なお、モードホップ補正とは、上記波長変動前後での、集光スポットにおける収差（軸上色収差と球面色収差とを合わせた収差）を回折限界以下に補正することをいう。
特に、ＡＯＤでは、ＮＡが０．６５程度と比較的大きく、光束の波長が４００ｎｍ程度と短いことに起因して、モードホップ時の波長の変動量が大きくなることから、集光スポットの位置ずれ量が大きくなるという問題がある。
また、対物レンズは軽量かつ安価で加工性が高いプラスチック製であることが多いが、プラスチックは温度変化により屈折率が変化するという特徴を有するため、温度上昇により球面収差がオーバー方向に発生するという問題が生じる。従って、このような温度変化に対するレンズの特性（温度特性）を改善するべく、例えば、単玉の対物レンズの光学面に回折構造を設け、回折構造により球面収差をアンダー方向に発生させることにより、温度上昇によりオーバー方向に発生した球面収差を相殺する場合がある。
また、光源の個体差に起因して、出射光束の波長が光源毎に異なる場合があるので、アクチュエータを用いて単玉の対物レンズの位置を光情報記録媒体に対して相対的に光軸方向に移動させることで上記軸上色収差を補正し、単玉の対物レンズの光学面に設けた回折構造を利用して上記球面色収差の補正を行なっている。なお、モードホップ等の瞬間的変化以外の環境変化に対しては、上述のように、アクチュエータを用いて対物レンズを光情報記録媒体に対して相対的に移動させることにより、通常、光情報記録媒体の情報記録面の光軸方向の位置は、集光スポットの波面収差が最小となる位置に調節されている。
また、波長λ１とλ２の２種類の光束をそれぞれ異なる種類の光ディスクに集光させる互換性を有する光ピックアップ装置では、例えば、単玉の対物レンズの光学面の一部に回折構造を設けることにより、この回折構造を通過する波長λ２の光束をフレア化させ、光ディスクに集光させない構成とすることにより、波長λ２の光束に対する対物レンズの開口数を制限する機能（開口制限機能）を持たせたり、また、回折構造により回折作用を受ける波長λ１及び波長λ２の光束のうち、最も回折効率が高くなる次数の回折光を利用することで、光利用効率を高め、情報の記録及び／又は再生に十分な光量を得ている。
以上のように、従来より、単玉の対物レンズの光学面に回折構造を設けることによって、光利用効率の向上、波長特性及び温度特性の向上、開口制限機能の確保等の技術的課題の解消が図られている。
【特許文献１】  特開２００１−９３１７９号公報
ところが、単玉の対物レンズに設けた回折構造のみでは、対物レンズの設計の自由度が低くなることから、上記技術的課題を全て解消するのが困難であるという問題がある。
また、特許文献１には、集光レンズと回折光学素子とを組み合わせた対物レンズユニットを用いる技術が開示されており、この対物レンズユニットを通過する２種類の光束（第１光ビームと第２光ビーム）の回折光を利用することで収差を抑え、小型化に適した光ピックアップ装置を提供するものである。
ところが、特許文献１に開示されているような平凹レンズを回折光学素子として用いる場合には、凸レンズを用いる場合と比較して屈折力が弱くなり、対物レンズユニット全体としての屈折力も弱くなることから、屈折力を利用した球面収差補正の効果を十分に得られないおそれがある。
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、ＡＯＤと他の光情報記録媒体との互換性を有し、球面収差を抑えることが可能な集光光学系を提供することである。
【発明の開示】
以上の課題を解決するため、項１に記載の構成は、少なくとも、第１光源から出射される波長λ１（３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行い、第２光源から出射される波長λ２（６５０ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ）の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる集光光学系であって、前記各光情報記録媒体の情報記録面の直前に対向して配置される単玉の対物光学素子と、該対物光学素子の光源側の光学面の直前に対向して配置される単玉の第１光学素子とを備え、前記対物光学素子及び第１光学素子の光学面のうち少なくとも１つの光学面に、前記波長λ１の光束に対して位相差を付与する位相差付与構造が形成され、該位相差付与構造が、前記第１光源からの出射光束の波長がλ１から１ｎｍ変動した場合の当該波長変動前後における、光軸方向に同じ位置での収差変動量を０．０３λｒｍｓ以下に補正する色補正機能を有する。
【図面の簡単な説明】  第１図は光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
第２図は第１光学素子及び対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
第３図はＣＤの縦球面収差図である。
第４図はＣＤの縦球面収差図である。
第５図は第１光学素子及び対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
第６図は第１光学素子の構造を示す要部横断面図である。
第７図はＡＯＤの縦球面収差図である。
第８図はＤＶＤの縦球面収差図である。
第９図はモードホップ時の波面収差の変動量を示すグラフである。
第１０図はＡＯＤの縦球面収差図である。
第１１図はＤＶＤの縦球面収差図である。
第１２図はＣＤの縦球面収差図である。
【発明を実施するための最良の形態】  始めに本発明の好ましい構成を説明する。
項２に記載の構成は、項１に記載の集光光学系であって、前記位相差付与構造が、前記第１光学素子の光源側の光学面に形成される。
項３に記載の構成は、項１又は２に記載の集光光学系であって、前記波長λ１の光束と波長λ２の光束との波長差によって生じる球面収差を補正する機能を有する。
項４に記載の構成は、項３に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子の光学面が有する屈折力と前記第１光学素子の光学面が有する屈折力とを組み合わせることにより、前記波長λ１の光束と波長λ２の光束との波長差によって生じる球面収差を補正する機能が達成される。
項５に記載の構成は、項１〜４のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記第１光学素子の光学面のうち少なくとも一方が凸面である。
項６に記載の構成は、項１〜５のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子の、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が、ｍ１＝０、ｍ２＝０を満たす。
項７に記載の構成は、項６に記載の集光光学系であって、前記位相差付与構造が回折構造であり、前記波長λ１の光束が該位相差付与構造により位相差を付与されることにより生じるｎ（ｎは自然数）次の回折光を前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる。
項８に記載の構成は、項７に記載の集光光学系であって、ｎ＝５である。
項９に記載の構成は、項７に記載の集光光学系であって、ｎ＝８である。
項１０に記載の構成は、項１〜５のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子の、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が、ｍ１＝０、ｍ２≠０を満たす。
項１１に記載の構成は、項１０に記載の集光光学系であって、前記位相差付与構造が回折構造であり、前記波長λ１の光束が該位相差付与構造により位相差を付与されることにより生じるｎ（ｎは自然数）次の回折光を前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる。
項１２に記載の構成は、項１１に記載の集光光学系であって、ｎ＝５である。
項１３に記載の構成は、項１１に記載の集光光学系であって、ｎ＝８である。
項１４に記載の構成は、項１〜１３のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記光ピックアップ装置が、第３光源から出射される波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ３（１．１ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ）の第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う。
項１５に記載の構成は、項１４に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子の、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２と前記波長λ３の光束に対する光学系倍率ｍ３とが、ｍ１＝０、ｍ２＝０、ｍ３＝０を満たす。
項１６に記載の構成は、項１５に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子及び第１光学素子の光学面のうち前記位相差付与構造が形成されている面が、少なくとも、光軸を含む中央領域と該中央領域の周囲を覆う周辺領域とに区分され、該中央領域を通過した前記波長λ３の光束は前記第３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、該周辺領域を通過した前記波長λ３の光束は前記第３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ず、前記中央領域が、少なくとも第１領域と第２領域とに区分され、該第１領域を通過する際に前記位相差付与構造により位相差を付与されて前記第１情報記録媒体の情報記録面上に集光する前記波長λ１の光束の回折次数が奇数であり、該第２領域を通過する際に前記位相差付与構造により位相差を付与されて前記第１情報記録媒体の情報記録面上に集光する前記波長λ１の光束の回折次数が偶数である。
項１７に記載の構成は、項１６に記載の集光光学系であって、前記第１領域と第２領域とが、光軸方向に沿った段差面を介して連続する。
項１８に記載の構成は、項１６又は１７に記載の集光光学系であって、前記中央領域中に前記第１領域と第２領域とが１つずつ形成される。
項１９に記載の構成は、項１８に記載の集光光学系であって、前記第１領域が光軸を含む領域に形成される。
項２０に記載の構成は、項１８に記載の集光光学系であって、前記第２領域が光軸を含む領域に形成される。
項２１に記載の構成は、項１４に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子の、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２と前記波長λ３の光束に対する光学系倍率ｍ３とが、ｍ１＝０、ｍ２＝０、ｍ３≠０を満たす。
項２２に記載の構成は、項２１に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子及び第１光学素子の光学面のうち前記位相差付与構造が形成されている面が、少なくとも、光軸を含む中央領域と該中央領域の周囲を覆う周辺領域とに区分され、該中央領域を通過した前記波長λ３の光束は前記第３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、該周辺領域を通過した前記波長λ３の光束は前記第３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ず、前記中央領域を通過する際に前記位相差付与構造により位相差を付与されて前記第１情報記録媒体の情報記録面上に集光する前記波長λ１の光束の回折次数が偶数である。
項２３に記載の構成は、項２２に記載の集光光学系であって、前記中央領域を通過する前記λ１の光束の回折次数が１０、８、６又は２である。
項２４に記載の構成は、項２２又は２３のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記周辺領域を通過する際に前記位相差付与構造により位相差を付与されて前記第１情報記録媒体の情報記録面上に集光する前記波長λ１の光束の回折次数が奇数である。
項２５に記載の構成は、項２２〜２４のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記周辺領域を通過する前記波長λ３の光束は、前記位相差付与構造により位相差を付与されてフレア化されることにより、前記第３情報記録媒体の情報記録面上に集光しない。
項２６に記載の構成は、項２２〜２５のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記周辺領域を通過する波長λ３の光束を前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光させない開口制限機能を有する光学素子が、前記第１光学素子の光源側の光学面に対向して配置される。
項２７に記載の構成は、項２２〜２６のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子及び第１光学素子の光学面のうち少なくとも１つの光学面に、前記波長λ１の光束及び波長λ２の光束は通過させると共に前記波長λ３の光束を反射することにより前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光させない波長選択性を有する多層膜が塗布されている。
項２８に記載の構成は、項２２〜２７のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記光ピックアップ装置が、光検出器と前記第２光源とが一体的に構成されたホロレーザーユニット（ホログラムを有すレーザーユニット）を備え、前記第２光情報記録媒体の情報記録面で反射した前記波長λ２の光束が、復路において往路と同一の光路を辿って該ホロレーザーユニットが有するホログラム素子に至り、該ホログラム素子によりその進路を変更されて、前記光検出器に入射する。
項２９に記載の構成は、項１４に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子の、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２と前記波長λ３の光束に対する光学系倍率ｍ３とが、ｍ１＝０、ｍ２≠０、ｍ３≠０を満たす。
項３０に記載の構成は、項２９に記載の集光光学系であって、ｍ２＝ｍ３を満たす。
項３１に記載の構成は、項３０に記載の集光光学系であって、前記第２光源と前記第３光源とが一体化している。
項３２に記載の構成は、項２９又は３０に記載の集光光学系であって、前記光ピックアップ装置が、光検出器と前記第３光源とが一体的に構成されたホロレーザーユニットを備え、前記第３光情報記録媒体の情報記録面で反射した前記波長λ３の光束が、復路において往路と同一の光路を辿って該ホロレーザーユニットが有するホログラム素子に至り、該ホログラム素子によりその進路を変更されて、前記光検出器に入射する。
項３３に記載の構成は、項２９〜３２のいずれか一項に記載の集光光学系であって、光源側から光軸方向に順に積層される厚さｔ１の前記保護基板と第１情報記録面と第２情報記録面とを有する前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことが可能な光ピックアップ装置に用いられる。
項３４に記載の構成は、項１〜３３のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子の光情報記録媒体側の光学面から前記第１光情報記録媒体の前記保護基板の表面までの光軸上の距離が１ｍｍ以上である。
項３５に記載の構成は、項１〜３４のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子と前記第１光学素子とから成る合成系の前記波長λ１の光束に対する焦点距離が２．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲内である。
項３６に記載の構成は、項１〜３５のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記第２光源からの出射光束の波長がλ２から１ｎｍ変動した場合の当該波長変動前後における、光軸方向に同じ位置での収差変動量を０．０３λｒｍｓ以下に補正する色補正機能を有する光学素子が、前記波長λ２の光束の光路中であって前記波長λ１の光束の光路以外に配置される。
項３７に記載の構成は、項１〜３６のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記位相差付与構造が、鋸歯状の回折輪帯又は光軸を中心とした複数の輪帯面が光軸にほぼ平行な段差を介して連続する段差構造で構成され、前記回折輪帯又は段差構造の数が１５〜３０の範囲内である。
項３８に記載の構成は、項１〜３７のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子と前記第１光学素子の前記波長λ１の光束に対するアッベ数が異なる。
項３９に記載の構成は、項１〜３７のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子と前記第１光学素子の前記波長λ１の光束に対するアッベ数が等しい。
項４０に記載の構成は、項３８又は３９に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子と前記第１光学素子のうち少なくとも一方の光学素子の硝材がプラスチックである。
項４１に記載の構成は、項１〜４０のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記光ピックアップ装置の駆動時において、前記対物光学素子と前記第１光学素子との相対位置が変更可能である。
項４２に記載の構成は、項１〜４０のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記光ピックアップ装置の駆動時において、前記対物光学素子と前記第１光学素子との相対位置が変更不可能である。
項４３に記載の構成は、項４２に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子と前記第１光学素子とが物理的に連結されている。
項４４に記載の構成は、項４２又は４３に記載の集光光学系であって、前記第１光学素子の光源側の光学面から前記対物光学素子の光情報記録媒体側の光学面までの光軸上の距離が３ｍｍ以下である。
【発明を実施するための最良の形態】  ［第１の実施の形態］
本発明の集光光学系の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
第１図に示すように、本実施の形態においては、光ピックアップ装置１０が、波長λ１（３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）、波長λ２（６５０ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ）、波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ）の各光束を出射する第１〜第３光源１１〜１３を備えている。
そして、これら各光束を利用して、保護基板３１ａの厚さｔ１（０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１光情報記録媒体３１（本実施の形態においてはＡＯＤ）、保護基板３２ａの厚さｔ２（０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ）の第２光情報記録媒体３２（本実施の形態においてはＤＶＤ）、保護基板３３ａの厚さｔ３（１．１ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ）の第３光情報記録媒体３３（本実施の形態においてはＣＤ）に対して情報の記録及び／又は再生を行なう、３種類の光ディスク間での互換性を有する構成となっている。なお、第１図には、保護基板厚（ｔ１とｔ２）がほぼ等しいＡＯＤ３１の保護基板３１ａとＤＶＤ３２の保護基板３２ａを同じ図で示している。また、第２図及び第５図においては、便宜上、ＡＯＤ３１とＤＶＤ３２とＣＤ３３を同じ図で示している。
なお、本発明に係る集光光学系は、少なくとも第１光情報記録媒体３１（ＡＯＤ）と第２光情報記録媒体３２（ＤＶＤ）の２種類の光ディスクの互換用として用いられるものである。従って、ＡＯＤ３１とＤＶＤ３２との互換用光ピックアップ装置１０の構成は、第１図から、第３光源１３、回折板２２、第３コリメートレンズ１６、第３光検出器２５、第４ビームスプリッタ２０、ＣＤ３２を取り除けばよい。
まず、光ピックアップ装置１０の構成について説明する。
第１図に示すように、光ピックアップ装置１０は、第１〜第３光源１１〜１３、第１〜第３コリメートレンズ１４〜１６、第１〜第４ビームスプリッタ１７〜２０、各光ディスクの情報記録面の直前に対向して配置される単玉の対物レンズ４０（対物光学素子）、対物レンズ４０の光源側の光学面（入射面４１）の直前に対向して配置される単玉の第１光学素子５０、対物レンズ４０及び第１光学素子５０を所定の方向に移動させる２次元アクチュエータ（図示せず）、凹レンズ２１、回折板２２、各光ディスクからの反射光を検出する第１〜第３光検出器２３〜２５等から概略構成される。
なお、「直前に対向して」とは、上記各情報記録面と単玉の対物レンズ４０の間に他の光学素子が存在しない状態、対物レンズ４０と単玉の第１光学素子５０の間に他の光学素子が存在しない状態をいう。
なお、図示は省略するが、第２光検出器２４と第２光源１２又は第３光検出器２５と第３光源１３とを一体に構成し、ＤＶＤ３２又はＣＤ３３の情報記録面で反射した波長λ２又はλ３の光束が、復路において往路と同一の光路を辿ってホログラム素子に至り、このホログラム素子によりその進路を変更されて、光検出器に入射するいわゆるホロレーザーユニットを用いても良い。
本実施の形態においては、第１〜第３コリメートレンズ１４〜１６、第１〜第４ビームスプリッタ１７〜２０、対物レンズ４０及び第１光学素子５０から集光光学系が構成される。
また、波長λ１〜λ３の各光束が、第１〜第３コリメートレンズ１４〜１６で平行光とされて対物レンズ４０に入射する、つまり、対物レンズ４０の波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２と波長λ３の光束に対する光学系倍率ｍ３とが、ｍ１＝ｍ２＝ｍ３＝０となる、いわゆる無限系の構成となっている。
なお、波長λ１〜λ３の各光束を発散光として対物レンズ４０に入射させるか、あるいは平行光として対物レンズ４０に入射させるかは設計により適宜変更可能であり、例えば波長λ２とλ３の光束を発散光として対物レンズ４０に入射させる構成や、あるいは、波長λ３の光束のみを発散光として対物レンズ４０に入射させる構成であってもよい。
このように構成された光ピックアップ装置１０の動作については周知であるため詳しい説明は省略するが、第１光源１１から出射された波長λ１の光束は、第１ビームスプリッタ１７を通過して第１コリメートレンズ１４において平行光化され、第３、第４ビームスプリッタ１９、２０を通過して第１光学素子５０に至る。そして、詳しい説明は後述するが、第１光学素子５０の入射面５１には位相差付与構造６０としての回折構造が形成されており、波長λ１の光束は第１光学素子５０の入射面５１及び出射面５２で屈折作用を受けると共に入射面５１において回折作用を受け、対物レンズ４０に入射する。
そして、対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２において屈折作用を受けて、ＡＯＤ３１の情報記録面上に集光し、光軸Ｌ上にスポットを形成する。そして、スポットに集光した波長λ１の光束は情報記録面で情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は再び対物レンズ４０、第１光学素子５０、第４、第３ビームスプリッタ２０、１９、第１コリメートレンズ１４を通過して、第１ビームスプリッタ１７で反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ１の光束は凹レンズ２１を経て第１光検出器２３に入射する。第１光検出器２３は入射光のスポットを検出して信号を出力し、その出力された信号を用いてＡＯＤに記録された情報の読み取り信号を得るようになっている。
また、第１光検出器２３上でのスポットの形状変化や位置変化による光量変化等を検出して合焦検出やトラック検出が行われる。この検出結果に基づいて２次元アクチュエータは波長λ１の光束が情報記録面上に正確にスポットを形成するように、対物レンズ４０及び第１光学素子５０を一体としてフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させる。
なお、対物光学素子と第１光学素子５０とは物理的に連結された状態でアクチュエータに接合しており、アクチュエータ駆動時において、両者の相対位置が変化しないものとなっている。
第２光源１２から出射される波長λ２の光束は、第２ビームスプリッタ１８を通過して第２コリメートレンズ１５において平行光化され、第３ビームスプリッタ１９で反射され、第４ビームスプリッタ２０を通過して、第１光学素子５０に至る。そして、第１光学素子５０の入射面５１及び出射面５２で屈折作用を受けると共に入射面５１において回折作用を受け、対物レンズ４０に入射する。
そして、対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２において屈折作用を受けて、ＤＶＤ３２の情報記録面上に集光し、光軸上にスポットを形成する。そして、スポットに集光した波長λ１の光束は情報記録面で情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は再び対物レンズ４０、第１光学素子５０、第４ビームスプリッタ２０を通過して、第３ビームスプリッタ１９で反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ２の光束は第２コリメートレンズ１５を通過して、第２ビームスプリッタ１８で反射して分岐され、凹レンズ２１を経て第２光検出器２４に入射する。以下は波長λ１の光束と同様である。
第３光源１３から出射された波長λ３の光束は、ビームスプリッタの代わりに設けられた回折板２２を通過して、第３コリメートレンズ１６において平行光化され、第４ビームスプリッタ２０で反射され、第１光学素子５０に至る。そして、第１光学素子５０の入射面５１及び出射面５２で屈折作用を受けると共に入射面５１において回折作用を受け、対物レンズ４０に入射する。
そして、対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２において屈折作用を受けて、ＣＤ３３の情報記録面上に集光し、光軸Ｌ上にスポットを形成する。そして、スポットに集光した波長λ３の光束は情報記録面で情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は再び対物レンズ４０、第１光学素子５０を通過して、第４ビームスプリッタ２０で反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ３の光束は第３コリメートレンズ１６を通過して、回折板２２を通過する際に進路を変更され、第３光検出器２５に入射する。以下は波長λ１の光束と同様である。
第２図に示すように、第１光学素子５０は入射面５１と出射面５２の両面が非球面かつ凸面のプラスチック製の単レンズである。
第１光学素子５０の入射面５１のほぼ全域に位相差付与構造６０が形成されている。また、第１光学素子５０の出射面５２は屈折面となっている。
本実施の形態においては、入射面５１が、光軸Ｌを含むと共に光軸Ｌからの高さがｈ以下の領域である中央領域５３と、光軸からの高さがｈ以上であり中央領域５３の周囲を覆う周辺領域５４とに区分されている。
中央領域５３はＣＤ３３の開口数（０．４５）に対応する領域に形成されており、さらに、第１領域５３ａと第２領域５３ｂとに区分されている。
第２領域５３ｂは、第１領域５３ａ及び周辺領域５４よりも前方に突出する形状とされ、光軸Ｌ方向に沿った段差面５５を介して第１領域５３ａ及び周辺領域５４と連続している。なお、第２領域５３ｂが、第１領域５３ａ及び周辺領域５４よりも後方に窪む形状であってもよい。
中央領域５３及び周辺領域５４には、位相差付与構造６０として、光軸を中心としたほぼ同心円状の複数の回折輪帯６１（第２図に一部のみ図示する）が形成されており、この回折輪帯６１により通過光束に対して回折作用を与えるようになっている。なお、回折輪帯６１の形状及び設計手法については周知であるため説明及び図示を省略する。
そして、中央領域５３（第１領域５３ａ及び第２領域５３ｂ）を通過する波長λ３の光束は、中央領域５３の回折輪帯６１により回折作用を受け、そのうち所定の回折次数を有する光束がＣＤ３３の情報記録面上に集光スポットを形成することで、ＣＤ３３に対する情報の記録及び／又は再生に利用されることになる。一方、周辺領域５４を通過する波長λ３の光束は、周辺領域５４の回折輪帯６１により回折作用を受けてフレア化され、ＣＤ３３の情報記録面上に集光スポットを形成せず、ＣＤ３３に対する情報の記録及び／又は再生に利用されない。
また、第１領域５３ａを通過する波長λ１の光束は、第１領域５３ａの回折輪帯６１により回折作用を受け、そのうち所定の回折次数の回折光がＡＯＤ３１の情報記録面上に集光スポットを形成することでＡＯＤ３１に対する情報の記録及び／又は再生に利用されることになる。
また、第２領域５３ｂを通過する波長λ１の光束も、第２領域５３ｂの回折輪帯６１により回折作用を受け、そのうち所定の回折次数の回折光がＡＯＤ３１の情報記録面上に集光スポットを形成することでＡＯＤ３１に対する情報の記録及び／又は再生に利用される。
さらに、周辺領域５４を通過する波長λ１の光束も、周辺領域５４の回折輪帯６１により回折作用を受け、そのうち所定の回折次数の回折光がＤＶＤ３２の情報記録面上に集光スポットを形成することでＣＤ３３に対する情報の記録及び／又は再生に利用される。
ここで、第１領域５３ａを通過する波長λ１の光束の上記回折次数を奇数とし、第２領域５３ｂを通過する波長λ１の光束の上記回折次数を偶数とすることが好ましい。
通常、ＡＯＤ３１に利用される光束は光量が高いことが条件とされることから、波長λ１の回折光のうち、最大の回折効率となるブレーズ化波長と回折次数を選択する場合が多い。
ところが、上述のように、ＡＯＤ３１に利用される光束は波長λ１が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内で、ＣＤ３３に利用される光束は波長λ３が７５０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲内であることから、波長λ１は波長λ３の約半分の波長となることに起因して、例えば波長λ１のｎ次回折光が最大の回折効率を有する場合、波長λ３の光束の（ｎ／２）次回折光が最大の回折効率を有することになる。
また、ＤＶＤ３２の波長λ２はＡＯＤ３１の波長λ１の約１．５倍なので、最大の回折効率を有する波長λ２の光束の回折次数は、波長λ１のそれに対して約２／３となる。この波長λ１と波長λ２の回折次数の比で互換を行なうと、ＣＤ３３では、ちょうど最大の回折効率となる波長λ３の回折次数光はＣＤ３３の情報記録面上で球面収差を持つ。
従って、例えば、波長λ１の回折光のうち、６次（偶数）の回折光が最大の回折効率を有する場合に、第１領域５３ａを通過する波長λ１の光束の回折次数と第２領域５３ｂを通過する波長λ１の光束の回折次数が共に６次となるように設定すると、第１領域５３ａを通過する波長λ３の光束の回折次数と第２領域５３ｂを通過する波長λ３の光束の回折次数は共に６／２＝３次となる。
そして、この波長λ３の３次回折光を用いるものとすると、第１領域５３ａ及び第２領域５３ｂにおいて光量を大きくすることができるが、その反面、第３図に示すように、第１領域５３ａにおいて波長λ３の光束の球面収差が大きくなりすぎるという不具合が生じてしまう。
そこで、第２領域５３ｂを通過する波長λ１の光束の回折次数を偶数とした場合に、第１領域５３ａを通過する波長λ１の光束の回折次数を奇数とすることにより、この領域５３ａを通過した波長λ３の光束は回折効率は低いものの球面収差は補正されているため、中央領域５３（第１領域５３ａ及び第２領域５３ｂ）における波長λ３の光束の光量の確保と球面収差の補正とを両立させることができる。
つまり、第４図に示すように、第１領域５３ａを通過する波長λ１の光束の回折次数を奇数（例えば５次）とすることにより、第１領域５３ａを通過する波長λ３の光束に関しては、２次回折光と３次回折光とに光量が分散されることになり、第２領域５３ｂと比較して光量の低下を招く。
ところが、第４図に示すように、光量が低下した第１領域５３ａにおいて球面収差を抑えることができる。
従って、第１領域５３ａにおいて球面収差を抑えて、第２領域５３ｂにおいて十分な光量を確保できるので、中央領域５３全体でみた場合に、波長λ３の光束をＣＤ３３に対する情報の記録及び／又は再生に十分利用可能とすることができる。
なお、中央領域５３中に第１領域５３ａ及び第２領域５３ｂをそれぞれ複数形成してもよく、また、光軸Ｌを含む領域を第２領域５３ｂとしてもよい。
また、第５図に示すように、第２領域５３ｂが、段差面５５を介さずに第１領域５３ａ及び周辺領域５４と連続する構成であってもよい。
また、位相差付与構造６０は、モードホップ等の波長変動時に、第１光源１１からの出射光束の波長がλ１から１ｎｍ変動した場合の当該波長変動前後における、光軸Ｌ方向に同じ位置での収差変動量を０．０３λｒｍｓ以下に補正する色補正機能を有している。
第２図及び第５図に示すように、対物レンズ４０は入射面４１と出射面４２の両面が非球面であるプラスチック製の単レンズであり、入射面４１と出射面４２が屈折面となっている。
そして、対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２が有する屈折力と第１光学素子５０の入射面５１及び出射面５２が有する屈折力とを組み合わせることにより、波長λ１の光束と波長λ２の光束との波長差によって各光ディスクの集光スポットにおいて生じる球面収差を補正するようになっている。換言すると、従来の光ピックアップ装置では、この球面収差を対物レンズの入射面及び出射面の屈折力で補正していたが、本発明においては、球面収差を補正する機能を、対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２だけでなく、第１光学素子５０の入射面５１及び出射面５２にも分担させるようになっている。これにより、対物レンズ４０及び第１光学素子５０の設計の自由度を増大させることができる。
特に、本実施の形態においては、第１光学素子５０の入射面５１と出射面５２を凸面にしたことにより、上記屈折力を大きくすることができ、高い球面収差補正効果を得ることができる。
なお、上記実施の形態においては、ｍ１＝ｍ２＝ｍ３＝０としたが、これに限らず、ｍ１＝０、ｍ２＝０、ｍ３≠０としてもよく、この場合、中央領域５３を通過する際に位相差付与構造６０により位相差を付与されてＡＯＤ３１の情報記録面上に集光する波長λ１の光束の回折次数を偶数とすることが好ましい。
上述のように、中央領域５３（第１領域５３ａ及び第２領域５３ｂ）を通過する波長λ１の光束の回折次数を偶数とすることにより、波長λ３の回折光も十分な光量を確保できる一方で、第３図に示すように、第１領域５３ａにおいて波長λ３の光束の球面収差が大きくなりすぎてしまうおそれがあるが、ｍ３≠０、つまり、波長λ３の光束を対物レンズ４０に対して発散光として入射させることにより、第１領域５３ａにおける波長λ３の光束の球面収差を実用上支障が無い程度に補正することが可能となるためである。
さらに、周辺領域５４を通過する際に位相差付与構造６０により位相差を付与されてＡＯＤ３１の情報記録面上に集光する波長λ１の光束の回折次数を奇数とすることが好ましい。
上述のように、波長λ１の光束の回折次数を奇数とすることにより、ＣＤ３３の開口数相当の領域以外に相当する周辺領域５４において、波長λ３の光束の光量はいくつかの回折次数光に分散されることになる。
従って、周辺領域５４を通過した波長λ３の光束をフレア化させることが可能となり、第１光学素子５０にいわゆる開口制限機能を持たせることができる。
なお、波長λ３の光束の光路中に、上記開口制限機能を有する光学素子を別途配置しても良く、あるいは、対物レンズ４０や第１光学素子５０の光学面に、波長λ１の光束と波長λ２の光束は通過させ、波長λ３の光束を反射することにより上記開口制限を行なう、いわゆる波長選択性を有する多層膜を塗布してもよい。
また、ｍ１＝０、ｍ２≠０、ｍ３≠０としてもよく、さらに、ｍ２＝ｍ３としてもよい。
この場合、波長λ２の光束と波長λ３の光束を共に発散光として対物レンズ４０に入射させることができると共に波長λ２の光束と波長λ３の光束の光路を等しくすることができる。従って、第２光源１２と第３光源１３とを一体化させることができ、光ピックアップ装置１０を小型化できる。
なお、位相差付与構造６０としては、例えば、第６図に示すようなものであっても良い。第６図に示す第１光学素子５０の位相差付与構造６０は、光軸を中心とした複数の輪帯面６２を光軸にほぼ平行な段差６３を介して連続させた複数の段差構造６４から構成されている。
各輪帯面６２は光軸から離れるに従って光源側（前方）に突出するように形成されており、各輪帯面６２に入射する光束に対して所定の光路差を付与することにより、各光束に位相差が生じ、結果として各輪帯面６２を通過した光束の位相が、情報記録面上でほぼ揃うようになっている。なお、各段差６３の形状は母非球面Ｓに対する光軸Ｌ方向への変位量で規定することができる。
また、位相差付与構造６０を第１光学素子５０の出射面５２のみに設けても良く、あるいは、入射面５１と出射面５２の両面に設けても良い。また、対物レンズ４０の入射面４１と出射面４２のいずれか一方又は両面に設けても良い。
また、ＡＯＤ３１として、光源側から光軸方向に順に厚さｔ１の保護基板３１ａと第１情報記録面と中間層と第二情報記録面とを積層して構成されるいわゆる２層ディスクを用いても良い。
なお、第１光学素子５０の光源側の光学面から対物レンズ４０の光情報記録媒体側の光学面（出射面４２）までの光軸上の距離が３ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、アクチュエータに搭載される第１光学素子５０と対物レンズ４０の軽量化を図ることができるので、光ピックアップ装置１０の消費電力を抑えることができる。
また、対物レンズ４０と第１光学素子５０とから成る合成系の波長λ１の光束に対する焦点距離が２．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。これにより集光光学系を小型化できる。
また、対物レンズ４０の出射面４２からＡＯＤ３１の保護基板３１ａの表面までの光軸上の距離が１ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、十分な作動距離を確保でき、ディスク駆動中における対物レンズ４０との接触を防止できる。
また、第２光源１２からの出射光束の波長がλ２から１ｎｍ変動した場合の当該波長変動前後における、光軸方向に同じ位置での収差変動量を０．０３λｒｍｓ以下に補正する色補正機能を有する光学素子を、波長λ２の光束の光路中であって波長λ１の光束の光路以外に配置することが好ましい。これにより、ＤＶＤ３２に対する色補正機能を有することができる。
また、回折輪帯６１又は段差構造６４の数が１５〜３０の範囲内であることが好ましい。これにより、各光束に対して十分な回折作用を与えることができると共に、十分な光量を確保できる。
また、対物光学素子と第１光学素子５０の波長λ１の光束に対するアッベ数が異なるものとしてもよく、あるいは等しくなるものとしてもよい。
また、光ピックアップ装置１０の駆動時において、アクチュエータには対物レンズ４０のみが搭載され、第１光学素子５０との相対的位置が変更可能であってもよいし、対物レンズ４０と第１光学素子５０とが連結されており、１つの対物素子としてアクチュエータに搭載されていてもよい。
【実施例】
【実施例１】  次に、第１の実施例について説明する。
本実施例においては、第５図に示したものと同様に、第１光学素子５０の入射面５１及び出射面５２、対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２がそれぞれ非球面形状とされ、第１光学素子５０の入射面５１に、位相差付与構造６０としての光軸を中心とした鋸歯状の複数の回折輪帯６１が形成されている。そして、波長λ１の光束と波長λ２の光束を用いる、ＡＯＤ３１とＤＶＤ３２の２種類の光ディスク間で互換性を有する光ピックアップ装置１０の構成となっている。
表１、表２に第１光学素子５０及び対物レンズ４０のレンズデータを示す。
【表１】
2004088648.tif 000003
【表２】
2004088648.tif 000004
表１に示すように、本実施例の対物レンズ４０は、第１光源１１から出射される波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、結像倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源１２から出射される波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．０８ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６０、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
表１中の面番号２と３はそれぞれ第１光学素子５０の入射面５１と出射面５２を示し、面番号４と５はそれぞれ対物レンズ４０の入射面４１と出射面４２を示す。また、ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸Ｌ方向の位置、ｎｉは各面の屈折率を表している。
第２〜第５面は、それぞれ次式（数１）に表１及び表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。
【数１】
2004088648.tif 000005
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸Ｌ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。
また、第２面に形成される回折輪帯６１による、各波長の光束に対して与えられる光路長は数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。
【数２】
2004088648.tif 000006
ここで、Ｂ２ｉは光路差関数の係数である。また、第２面の回折輪帯６１に関するブレーズ化波長は１ｍｍである。
また、表３に示すように、最大の回折効率を有する波長λ１の光束の５次（奇数）の回折光を用いるものとし、これに対応して波長λ２の光束の３次回折光を用いるものとした。
【表３】
2004088648.tif 000007
第７図は、波長λ１の光束を用いたＡＯＤ３１における球面収差量と開口数（ＮＡ）を示すグラフであり、第８図は、波長λ２の光束を用いたＤＶＤ３２における球面収差量と開口数を示すグラフである。
第７図及び第８図から、ＡＯＤ３１とＤＶＤ３２共に必要開口数内において球面収差が良好に補正されていることが分かる。
また、第９図は、モードホップ時における波面収差の変動量を示すものである。通常、モードホップ時における波長変動量は１μｍ程度であるから、この範囲内において、波面収差の変動量は回折限界の０．０７λｒｍｓ以下に抑えられており、十分な色補正機能を有することが分かる。
【実施例２】  次に、第２の実施例について説明する。
本実施例においては、波長λ１、λ２、λ３の３種類の光束を用いる、ＡＯＤ３１とＤＶＤ３２とＣＤ３３の３種類の光ディスク間で互換性を有する光ピックアップ装置１０の構成となっている。
そして、第２図に示したものと同様に、第１光学素子５０の入射面５１及び出射面５２、対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２がそれぞれ非球面形状とされている。
また、第１光学素子５０の入射面５１に位相差付与構造６０としての光軸を中心とした鋸歯状の複数の回折輪帯６１が形成されると共に、入射面５１が中央領域５３（第１領域５３ａ及び第２領域５３ｂ）と周辺領域５４（第３領域５４ａと第４領域５４ｂ）に区分されている。
第１領域５３ａ及び第２領域５３ｂを通過した波長λ１〜λ３の各光束は、各光ディスクの情報記録面上に集光スポットを形成する。また、第３領域５４ａを通過した波長λ１とλ２の各光束は各光ディスクの情報記録面上に集光スポットを形成し、波長λ３の光束はフレア化されるようになっている。また、第４領域５４ｂを通過した波長λ１の光束は光ディスクの情報記録面上に集光スポットを形成し、波長λ２とλ３の光束はフレア化されるようになっている。
表４、表５に第１光学素子５０及び対物レンズ４０のレンズデータを示す。
【表４】
2004088648.tif 000008
【表５】
2004088648.tif 000009
表４に示すように、本実施例の対物レンズ４０は、第１光源１１から出射される波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、結像倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源１２から出射される波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．０８ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６０、結像倍率ｍ２＝０に設定されており、第３光源１３から出射される波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．１１ｍｍ、像側開口数ＮＡ３＝０．４５、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
表４中の面番号２、２′、２′′、２′′′はそれぞれ第１光学素子５０の入射面５１の第１〜第４領域５３ａ〜５４ｂを示し、面番号３は第１光学素子５０の出射面５２を示し、面番号４と５はそれぞれ対物レンズ４０の入射面４１と出射面４２を示す。また、ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸Ｌ方向の位置、ｎｉは各面の屈折率を表している。
第２面〜第５面は、それぞれ上記数１に表４及び表５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、第２面〜第２′′′面に形成される回折輪帯６１による、各波長の光束に対して与えられる光路長は上記数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。なお、各回折輪帯６１に関するブレーズ化波長は１ｍｍである。
また、表６に示すように、第１領域５３ａ（第２面）と第２領域５３ｂ（第２′面）とで、最大の回折効率を有する波長λ１の光束の回折次数を５次（奇数）と１０次（偶数）とし、これに対応して波長λ２の光束の２次回折光と５次回折光を用いるものとした。
【表６】
2004088648.tif 000010
第１０図は、波長λ１の光束を用いたＡＯＤ３１における球面収差量と開口数を示すグラフであり、第１１図は、波長λ２の光束を用いたＤＶＤ３２における球面収差量と開口数を示すグラフであり、第１２図は、波長λ３の光束を用いたＣＤ３３における球面収差量と開口数を示すグラフである。
第１０図及び第１１図から、ＡＯＤ３１とＤＶＤ３２共に必要開口数内において球面収差が良好に補正されていることが分かる。
また、第１２図から、ＣＤ３３に関して、第２領域５３ｂにおいて球面収差が若干大きくなるものの、必要開口数に相当する第１領域５３ａと第２領域５３ｂの全体では、球面収差が良好に補正されていることが分かる。
また、第９図から、十分な色補正機能を有することが分かる。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、ＡＯＤと他の光情報記録媒体との互換性を有し、モードホップ時の球面収差の変動を抑えることが可能な集光光学系を得られる。
【図１】
2004088648.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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