(57)【要約】  記録密度が異なる３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、その構成の簡素化、低コスト化を実現可能な光ピックアップ装置、対物光学素子及び光情報記録再生装置を提供するために、第一基礎構造、第二基礎構造、第三基礎構造を重畳させた光路差付与構造を有する光学素子を有する光ピックアップ装置とする。
2007123112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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において、
前記集光光学系は、少なくとも一つの光学素子を有し、
前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、
前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、
前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束のｒ次（ｒは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｓ次（ｓは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｔ次（ｔは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、
前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束のｕ次（ｕは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｖ次（ｖは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｗ次（ｗは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、
前記第三基礎構造は、前記第三基礎構造を通過した前記第一光束のｘ次（ｘは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｙ次（ｙは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｚ次（ｚは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載された光ピックアップ装置であって、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が付与されている前記光学素子が、単一の材料から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３】
請求の範囲第１項又は第２項に記載された光ピックアップ装置において、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造を有する前記光学素子は、プラスチックからなる単玉の対物レンズであることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
請求の範囲第３項に記載された光ピックアップ装置において、以下の条件を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
０．０１＜ΔＳＡ／ｆ１＜０．０５              （１）
但し、ΔＳＡは、使用基準温度Ｔ０において、前記第一光束（前記第一波長λ１は、前記使用基準温度Ｔ０における使用基準波長λ１０）を、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光した際の球面収差と、使用基準温度Ｔ０とは異なる使用温度Ｔ（｜Ｔ−Ｔ０｜＜６０［℃］）において、前記第一光束（前記第一波長λ１は、前記使用温度Ｔにおける使用波長λ１１）を、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光した際の球面収差の差を表し、ｆ１は、前記第１光束を用いた際の前記集光光学系に含まれる対物レンズの焦点距離を表す。
【請求項５】
請求の範囲第４項に記載された光ピックアップ装置において、前記第三基礎構造を重畳することにより、ΔＳＡ／ｆ１の値が、前記条件式（１）を満たすことが可能となることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に記載された光ピックアップ装置において、以下の条件式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
ｘ＝１０
ｙ＝６
ｚ＝５
【請求項７】
請求の範囲第６項に記載された光ピックアップ装置において、以下の条件式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
ｒ＝０
ｓ＝０
ｔ＝±１
ｕ＝２
ｖ＝１
ｗ＝１
ｘ＝１０
ｙ＝６
ｚ＝５
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載された光ピックアップ装置において、前記第二基礎構造は複数の段差を有する構造であり、前記第三基礎構造は複数の段差を有する構造であり、前記段差間のピッチ幅が前記第二基礎構造よりも大きく、前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳させる際に、前記第二基礎構造の少なくとも一つの段差の位置が、前記第三基礎構造の段差の位置と一致しないように重畳させることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項９】
請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか１項に記載された光ピックアップ装置であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つが、ブレーズ型形状であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１０】
請求の範囲第９項に記載された光ピックアップ装置であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が、前記光学素子のベース面に対して直角でもなく平行でもない、斜めの面を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１１】
第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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の前記集光光学系で用いられる光学素子であって、
前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、
前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、
前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束のｒ次（ｒは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｓ次（ｓは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｔ次（ｔは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、
前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束のｕ次（ｕは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｖ次（ｖは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｗ次（ｗは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、
前記第三基礎構造は、前記第三基礎構造を通過した前記第一光束のｘ次（ｘは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｙ次（ｙは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｚ次（ｚは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であることを特徴とする光学素子。
【請求項１２】
請求の範囲第１１項に記載された光学素子であって、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が付与されている前記光学素子が、単一の材料から形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１３】
請求の範囲第１１項又は第１２項に記載された光学素子において、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造を有する前記光学素子は、プラスチックからなる単玉の対物レンズであることを特徴とする光学素子。
【請求項１４】
請求の範囲第１３項に記載された光学素子において、以下の条件を満たすことを特徴とする光学素子。
０．０１＜ΔＳＡ／ｆ１＜０．０５          （１）
但し、ΔＳＡは、使用基準温度Ｔ０において、前記光ピックアップ装置が、前記第一光束（前記第一波長λ１は、前記使用基準温度Ｔ０における使用基準波長λ１０）を、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光した際の球面収差と、前記光ピックアップ装置が、使用基準温度Ｔ０とは異なる使用温度Ｔ（｜Ｔ−Ｔ０｜＜６０［℃］）において、前記第一光束（前記第一波長λ１は、前記使用温度Ｔにおける使用波長λ１１）を、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光した際の球面収差の差を表し、ｆ１は、前記第１光束を用いた際の前記集光光学系に含まれる対物レンズの焦点距離を表す。
【請求項１５】
請求の範囲第１４項に記載された光学素子において、前記第三基礎構造を重畳することにより、ΔＳＡ／ｆ１の値が、前記条件式（１）を満たすことが可能となることを特徴とする光学素子。
【請求項１６】
請求の範囲第１１項乃至第１５項のいずれか１項に記載された光学素子において、以下の条件式を満たすことを特徴とする光学素子。
ｘ＝１０
ｙ＝６
ｚ＝５
【請求項１７】
請求の範囲第１６項に記載された光学素子において、以下の条件式を満たすことを特徴とする光学素子。
ｒ＝０
ｓ＝０
ｔ＝±１
ｕ＝２
ｖ＝１
ｗ＝１
ｘ＝１０
ｙ＝６
ｚ＝５
【請求項１８】
請求の範囲第１１項乃至第１７項のいずれか１項に記載された光学素子において、前記第二基礎構造は複数の段差を有する構造であり、前記第三基礎構造は複数の段差を有する構造であり、前記段差間のピッチ幅が前記第二基礎構造よりも大きく、前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳させる際に、前記第二基礎構造の少なくとも一つの段差の位置が、前記第三基礎構造の段差の位置と一致しないように重畳させることを特徴とする光学素子。
【請求項１９】
請求の範囲第１１項乃至第１８項のいずれか１項に記載された光学素子であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つが、ブレーズ型形状であることを特徴とする光学素子。
【請求項２０】
請求の範囲第１９項に記載された光学素子であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が、前記光学素子のベース面に対して直角でもなく並行でもない、斜めの面を有することを特徴とする光学素子。
【請求項２１】
第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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を有する光情報記録再生装置において、
前記光ピックアップ装置の前記集光光学系は、少なくとも一つの光学素子を有し、
前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、
前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、
前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束のｒ次  （ｒは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｓ次（ｓは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｔ次（ｔは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、
前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束のｕ次（ｕは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｖ次（ｖは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｗ次（ｗは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、
前記第三基礎構造は、前記第三基礎構造を通過した前記第一光束のｘ次（ｘは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｙ次（ｙは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｚ次（ｚは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であることを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２２】
第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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において、
前記集光光学系は、少なくとも一つの光学素子を有し、
前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、
前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、
前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造は、光軸とほぼ同一の方向の段差を有する構造であり、
前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つは、ブレーズ型の形状を有する構造であり、
前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が、前記光学素子のベース面に対して直角でもなく並行でもない、斜めの面を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２３】
請求の範囲第２２項に記載された光ピックアップ装置であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つは、階段型の形状を有する構造であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２４】
第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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の前記集光光学系で用いられる光学素子であって、
前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、
前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、
前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造は、光軸とほぼ同一の方向の段差を有する構造であり、
前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つは、ブレーズ型の形状を有する構造であり、
前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が、前記光学素子のベース面に対して直角でもなく並行でもない、斜めの面を有することを特徴とする光学素子。
【請求項２５】
請求の範囲第２４項に記載された光学素子であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つは、階段型の形状を有する構造であることを特徴とする光学素子。
【請求項２６】
第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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を有する光情報記録再生装置において、
前記集光光学系は、少なくとも一つの光学素子を有し、
前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、
前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、
前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造は、光軸とほぼ同一の方向の段差を有する構造であり、
前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つは、ブレーズ型の形状を有する構造であり、
前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が、前記光学素子のベース面に対して直角でもなく並行でもない、斜めの面を有することを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２７】
第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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の前記集光光学系に用いられる光路差付与構造を有する光学素子の設計方法であって、
第一基礎構造を設計する工程、
第二基礎構造を設計する工程、
第三基礎構造を設計する工程、
少なくとも前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造を重畳して、前記光路差付与構造を設計する工程、とを有し、
前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束のｒ次  （ｒは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｓ次（ｓは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｔ次（ｔは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、
前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束のｕ次（ｕは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｖ次（ｖは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｗ次（ｗは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、
前記第三基礎構造は、前記第三基礎構造を通過した前記第一光束のｘ次（ｘは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｙ次（ｙは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｚ次（ｚは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であることを特徴とする光学素子の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる種類の光ディスク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、光学素子及び光情報記録再生装置並びに光学素子の設計方法に関する。
【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。また、光ディスクへの情報の記録と光ディスクに記録された情報の再生の、いずれか一方の場合、両方を含む場合の全てを総称して「記録／再生」或いは「記録及び／又は再生」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（光情報記録再生装置）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、低コスト化に有利となる。尚、記録／再生波長が互いに異なる複数種類の光ディスクに対して共通な光学系を得るためには、球面収差の波長依存性を有する光路差付与構造を集光光学系の少なくとも一つの光学素子に形成する必要がある。【０００６】
特許文献１には、光路差付与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】
然るに、上記の特許文献１に記載された、３つの異なる光ディスクに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に使用している対物レンズは、光ピックアップ装置の設計仕様によっては、記録及び／又は再生に用いられる光量が不足する恐れがあるか、又は、ＣＤのトラッキングを行う際にトラッキング用のセンサに不要光が悪影響を及ぼし、ＣＤのトラッキングを正確に行うことが困難になる場合があるという問題がある。特に、３つの異なる光ディスクの全てにおいて、無限系の光学系を用いる場合、即ち、対物レンズに平行光束を入射させる場合、上述の問題が顕著であった。更に、対物レンズをプラスチックレンズとする場合は、温度変化に基づく球面収差の変化が大きくなるという問題も顕著になる。【０００８】
また、上述の問題を解決するために、それぞれ異なる光学的機能を有する複数の光路差付与構造を異なる光学面に設けることも考えられるかもしれないが、異なる光学面に異なる光路差付与構造を設けて、組み合わせて用いる場合は、偏芯による収差の発生が問題となり、光ピックアップ装置の組み立て精度を非常に高めなければならないという問題が発生してしまう。【０００９】
本発明は、上述の問題を考慮したものであり、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤ等の、記録密度が異なる３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光ピックアップ装置、対物レンズ及び光情報記録再生装置であって、その構成が簡素であり、組み立て時に偏芯誤差が発生しにくく、低コスト化を実現可能な光ピックアップ装置、光学素子及び光情報記録再生装置を提供することを目的とする。  加えて、３つの異なる光ディスクの全てに対して、無限系の光学系を用いる場合であっても、トラッキングの正確性を保つことができる光ピックアップ装置、対物レンズ及び光情報記録再生装置を提供することを目的とする。さらに、集光光学系用の光学素子として、プラスチックレンズを用いたとしても、温度特性を良好にし、３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光ピックアップ装置、対物レンズ及び光情報記録再生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】
【００１０】
以上の課題を解決するために、請求の範囲第１項に記載の発明は、第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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において、前記集光光学系は、少なくとも一つの光学素子を有し、前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束のｒ次（ｒは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｓ次（ｓは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｔ次（ｔは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束のｕ次（ｕは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｖ次（ｖは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｗ次（ｗは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、前記第三基礎構造は、前記第三基礎構造を通過した前記第一光束のｘ次（ｘは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｙ次（ｙは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｚ次（ｚは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であることを特徴とする。
請求の範囲第２項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第１項に記載された光ピックアップ装置であって、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が付与されている前記光学素子が、単一の材料から形成されていることを特徴とする。
請求の範囲第３項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第１項又は第２項に記載された光ピックアップ装置において、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造を有する前記光学素子は、プラスチックからなる対物レンズであることを特徴とする。
請求の範囲第４項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第３項に記載された光ピックアップ装置において、以下の条件を満たすことを特徴とする。
０．０１  ＜  ΔＳＡ／ｆ１  ＜  ０．０５        （１）
但し、ΔＳＡは、使用基準温度Ｔ０において、前記第一光束（前記第一波長λ１は、前記使用基準温度Ｔ０における使用基準波長λ１０）を、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光した際の球面収差と、使用基準温度Ｔ０とは異なる使用温度Ｔ（｜Ｔ−Ｔ０｜＜６０［℃］）において、前記第一光束（前記第一波長λ１は、前記使用温度Ｔにおける使用波長λ１１）を、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光した際の球面収差の差を表し、ｆ１は、前記第１光束を用いた際の前記集光光学系に含まれる対物レンズの焦点距離を表す。
請求の範囲第５項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第４項に記載された光ピックアップ装置において、前記第三基礎構造を重畳することにより、ΔＳＡ／ｆ１の値が、前記条件式（１）を満たすことが可能となることを特徴とする。
請求の範囲第６項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に記載された光ピックアップ装置において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｘ＝１０
ｙ＝６
ｚ＝５
請求の範囲第７項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第６項に記載された光ピックアップ装置において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｒ＝０
ｓ＝０
ｔ＝±１
ｕ＝２
ｖ＝１
ｗ＝１
ｘ＝１０
ｙ＝６
ｚ＝５
請求の範囲第８項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載された光ピックアップ装置において、前記第二基礎構造は複数の段差を有する構造であり、前記第三基礎構造は複数の段差を有する構造であり、前記段差間のピッチ幅が前記第二基礎構造よりも大きく、前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳させる際に、前記第二基礎構造の少なくとも一つの段差の位置が、前記第三基礎構造の段差の位置と一致しないように重畳させることを特徴とする。
請求の範囲第９項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか１項に記載された光ピックアップ装置であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つが、ブレーズ型形状であることを特徴とする。
請求の範囲第１０項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第９項に記載された光ピックアップ装置であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が、前記光学素子のベース面に対して直角でもなく平行でもない、斜めの面を有することを特徴とする。
請求の範囲第１１項に記載の光学素子は、第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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の前記集光光学系で用いられる光学素子であって、前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束のｒ次（ｒは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｓ次（ｓは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｔ次（ｔは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束のｕ次（ｕは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｖ次（ｖは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｗ次（ｗは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、前記第三基礎構造は、前記第三基礎構造を通過した前記第一光束のｘ次（ｘは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｙ次（ｙは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｚ次（ｚは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であることを特徴とする。
請求の範囲第１２項に記載の光学素子は、請求の範囲第１１項に記載された光学素子であって、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が付与されている前記光学素子が、単一の材料から形成されていることを特徴とする。
請求の範囲第１３項に記載の光学素子は、請求の範囲第１１項又は第１２項に記載された光学素子において、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造を有する前記光学素子は、プラスチックからなる対物レンズであることを特徴とする。
請求の範囲第１４項に記載の光学素子は、請求の範囲第１３項に記載された光学素子において、以下の条件を満たすことを特徴とする。
０．０１  ＜  ΔＳＡ／ｆ１  ＜  ０．０５        （１）
但し、ΔＳＡは、使用基準温度Ｔ０において、前記光ピックアップ装置が、前記第一光束（前記第一波長λ１は、前記使用基準温度Ｔ０における使用基準波長λ１０）を、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光した際の球面収差と、前記光ピックアップ装置が、使用基準温度Ｔ０とは異なる使用温度Ｔ（｜Ｔ−Ｔ０｜＜６０［℃］）において、前記第一光束（前記第一波長λ１は、前記使用温度Ｔにおける使用波長λ１１）を、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光した際の球面収差の差を表し、ｆ１は、前記第１光束を用いた際の前記集光光学系に含まれる対物レンズの焦点距離を表す。
請求の範囲第１５項に記載の光学素子は、請求の範囲第１４項に記載された光学素子において、前記第三基礎構造を重畳することにより、ΔＳＡ／ｆ１の値が、前記条件式（１）を満たすことが可能となることを特徴とする。
請求の範囲第１６項に記載の光学素子は、請求の範囲第１１項乃至第１５項のいずれか１項に記載された光学素子において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｘ＝１０
ｙ＝６
ｚ＝５
請求の範囲第１７項に記載の光学素子は、請求の範囲第１６項に記載された光学素子において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｒ＝０
ｓ＝０
ｔ＝±１
ｕ＝２
ｖ＝１
ｗ＝１
ｘ＝１０
ｙ＝６
ｚ＝５
請求の範囲第１８項に記載の光学素子は、請求の範囲第１１項乃至第１７項のいずれか１項に記載された光学素子において、前記第二基礎構造は複数の段差を有する構造であり、前記第三基礎構造は複数の段差を有する構造であり、前記段差間のピッチ幅が前記第二基礎構造よりも大きく、前記第二基礎構造と前記第三基礎構造を重畳させる際に、前記第二基礎構造の少なくとも一つの段差の位置が、前記第三基礎構造の段差の位置と一致しないように重畳させることを特徴とする。
請求の範囲第１９項に記載の光学素子は、請求の範囲第１１項乃至第１８項のいずれか１項に記載された光学素子であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つが、ブレーズ型形状であることを特徴とする。
請求の範囲第２０項に記載の光学素子は、請求の範囲第１９項に記載された光学素子であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が、前記光学素子のベース面に対して直角でもなく並行でもない、斜めの面を有することを特徴とする。
請求の範囲第２１項に記載の光情報記録再生装置は、第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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を有する光情報記録再生装置において、前記光ピックアップ装置の前記集光光学系は、少なくとも一つの光学素子を有し、前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束のｒ次  （ｒは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｓ次（ｓは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｔ次（ｔは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束のｕ次（ｕは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｖ次（ｖは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｗ次（ｗは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であり、前記第三基礎構造は、前記第三基礎構造を通過した前記第一光束のｘ次（ｘは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束のｙ次（ｙは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第三光束のｚ次（ｚは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であることを特徴とする。
請求の範囲第２２項に記載の光ピックアップ装置は、第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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において、前記集光光学系は、少なくとも一つの光学素子を有し、前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造は、光軸とほぼ同一の方向の段差を有する構造であり、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つは、ブレーズ型の形状を有する構造であり、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が、前記光学素子のベース面に対して直角でもなく並行でもない、斜めの面を有することを特徴とする。
請求の範囲第２３項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第２２項に記載された光ピックアップ装置であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つは、階段型の形状を有する構造であることを特徴とする。
請求の範囲第２４項に記載の光学素子は、第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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の前記集光光学系で用いられる光学素子であって、前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造は、光軸とほぼ同一の方向の段差を有する構造であり、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つは、ブレーズ型の形状を有する構造であり、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が、前記光学素子のベース面に対して直角でもなく並行でもない、斜めの面を有することを特徴とする。
請求の範囲第２５項に記載の光学素子は、請求の範囲第２４項に記載された光学素子であって、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つは、階段型の形状を有する構造であることを特徴とする。
請求の範囲第２６項に記載の光情報記録再生装置は、第一波長λ１の第一光束を射出する第一光源と、第二波長λ２（λ２＞λ１）の第二光束を射出する第二光源と、第三波長λ３（λ３＞λ２）の第三光束を射出する第三光源と、前記第一光束を厚さがｔ１の保護基板を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系と、を有し、前記第一光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第二光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第三光束を前記第３光ディスクの情報記録面上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を有する光情報記録再生装置において、前記集光光学系は、少なくとも一つの光学素子を有し、前記光学素子は、その光学面に光路差付与構造を有し、前記光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造であり、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造は、光軸とほぼ同一の方向の段差を有する構造であり、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造の少なくとも一つは、ブレーズ型の形状を有する構造であり、前記第一基礎構造、前記第二基礎構造及び前記第三基礎構造を重畳してなる前記光路差付与構造が、前記光学素子のベース面に対して直角でもなく並行でもない、斜めの面を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、構成が簡素であり、組み立て時に偏芯誤差が発生しにくく、低コストを実現可能な、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤ等の、記録密度が異なる３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光ピックアップ装置、光学素子および光情報記録再生装置を提供することが可能となる。加えて、３つの異なる光ディスクの全てに対して、無限系の光学系を用いる場合であっても、トラッキングの正確性を保つことが可能となる。さらに、集光光学系用の光学素子として、プラスチックレンズを用いたとしても、温度特性を良好にし、３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可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る対物レンズＯＢＪの一例を、光軸方向から見た図である。
【図２】本発明に係る基礎構造の幾つかの例（ａ）〜（ｅ）を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明に係る光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明に係る対物レンズＯＢＪの一例を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明に係る実施例の対物レンズの光路差付与構造を示す断面図である。
【図６】本発明に係る実施例のＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤに関する縦球面収差図（ａ）〜（ｃ）である。
【図７】スポットの形状を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００１３】
ＡＣ  二軸アクチュエータ
ＰＰＳ  偏光ダイクロイックプリズム
ＣＬ  コリメートレンズ
ＬＤ１  青紫色半導体レーザ
ＬＭ  レーザモジュール
ＯＢＪ  対物レンズ
ＰＬ１  保護基板
ＰＬ２  保護基板
ＰＬ３  保護基板
ＰＵ１  光ピックアップ装置
ＲＬ１  情報記録面
ＲＬ２  情報記録面
ＲＬ３  情報記録面
ＣＮ  中央領域
ＭＤ  周辺領域
ＯＴ  最周辺領域
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の光ピックアップ装置は、第一光源、第二光源、第三光源の少なくとも３つの光源を有する。さらに、本発明の光ピックアップ装置は、第一光束を第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、第二光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、第三光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系を有する。また、本発明の光ピックアップ装置は、第１光ディスク、第２光ディスク又は第３光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有する。【００１５】
第１光ディスクは、厚さがｔ１の保護基板と情報記録面とを有する。第２光ディスクは厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板と情報記録面とを有する。第３光ディスクは、厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板と情報記録面とを有する。第１光ディスクが高密度光ディスクであり、第２光ディスクが、ＤＶＤであり、第３光ディスクがＣＤであることが好ましいが、これに限られるものではない。また、ｔ１＜ｔ２である場合は、ｔ１＝ｔ２である場合に比して、一つの集光光学系、特に単玉の対物レンズによって３つの異なる光ディスクの記録及び／又は再生を行うことはより困難であるが、本発明はそれを可能とする。なお、第１光ディスク、第２光ディスク又は第３光ディスクは、複数の情報記録面を有する複数層の光ディスクでもよい。【００１６】
本明細書においては、高密度光ディスクの例としては、ＮＡ０．８５の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが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）が挙げられる。また、他の高密度光ディスクの例としては、ＮＡ０．６５乃至０．６７の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ＨＤ  ＤＶＤ：単にＨＤともいう）が挙げられる。また、高密度光ディスクには、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜（本明細書では、保護基板は保護膜も含むものとする）を有する光ディスクや、保護基板の厚さが０の光ディスクも含まれる。また、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レーザが用いられる光磁気ディスクも含まれるものとする。更に、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、本明細書においては、ＣＤとは、ＮＡ０．４５〜０．５１程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが１．２ｍｍ程度であるＣＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等を含む。尚、記録密度については、高密度光ディスクの記録密度が最も高く、次いでＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。【００１７】
なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の条件式を満たすことが好ましいが、これに限られない。【００１８】
０．０７５０ｍｍ≦ｔ１≦０．１１２５ｍｍ  又は  ０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ    
１．０ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ    
本明細書において、第一光源、第二光源、第三光源は、好ましくはレーザ光源である。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ等を用いることが出来る。第一光源から出射される第一光束の第一波長λ１、第二光源から出射される第二光束の第二波長λ２（λ２＞λ１）、第三光源から出射される第三光束の第三波長λ３（λ３＞λ２）は以下の条件式を満たすことが好ましい。【００１９】
１．５×λ１＜λ２＜１．７×λ１
１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１
また、第１光ディスク、第２光ディスク、第３光ディスクとして、それぞれ、ＢＤまたはＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤが用いられる場合、第一光源の第一波長λ１は好ましくは、３５０ｎｍ以上、４４０ｎｍ以下、より好ましくは、３８０ｎｍ以上、４１５ｎｍ以下であって、第二光源の第二波長λ２は好ましくは５７０ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下、より好ましくは６３０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下であって、第三光源の第三波長λ３は好ましくは、７５０ｎｍ以上、８８０ｎｍ以下、より好ましくは、７６０ｎｍ以上、８２０ｎｍ以下である。【００２０】
また、第一光源、第二光源、第三光源のうち少なくとも２つの光源をユニット化してもよい。ユニット化とは、例えば第一光源と第二光源とが１パッケージに固定収納されているようなものをいうが、これに限られず、２つの光源が収差補正不能なように固定されている状態を広く含むものである。また、光源に加えて、後述する受光素子を１パッケージ化してもよい。【００２１】
受光素子としては、フォトダイオードなどの光検出器が好ましく用いられる。光ディスクの情報記録面上で反射した光が受光素子へ入射し、その出力信号を用いて、各光ディスクに記録された情報の読み取り信号が得られる。さらに、受光素子上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い、この検出に基づいて、合焦、トラッキングのために対物レンズを移動させることが出来る。受光素子は、複数の光検出器からなっていてもよい。受光素子は、メインの光検出器とサブの光検出器を有していてもよい。例えば、情報の記録再生に用いられるメイン光を受光する光検出器の両脇に２つのサブの光検出器を設け、当該２つのサブの光検出器によってトラッキング調整用のサブ光を受光するような受光素子としてもよい。また、受光素子は各光源に対応した複数の受光素子を有していてもよい。【００２２】
集光光学系は、対物レンズ等の光学素子を少なくとも一つ有する。集光光学系は、対物レンズのみを有していても良いが、集光光学系は、対物レンズの他にコリメーターレンズ等のカップリングレンズや、光学機能を有する平板光学素子等、他の光学素子を有していてもよい。なお、カップリングレンズとは、対物レンズと光源の間に配置され、光束の発散角を変える単レンズ又はレンズ群のことをいう。更に集光光学系は、光源から射出された光束を、情報の記録再生に用いられるメイン光束と、トラッキング等に用いられる二つのサブ光束とに分割する回折光学素子などの光学素子を有していてもよい。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光学系を指す。好ましくは、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光学系であって、更に、アクチュエータにより少なくとも光軸方向に一体的に変異可能とされた光学系を指す。
集光光学系で用いられる光学素子であって、光路差付与構造が設けられる光学素子は、二つ以上の複数のレンズ及び光学素子から構成されていてもよいし、単玉のレンズのみでもよいが、好ましくは単玉のレンズ、又は単体の光学素子である。また、光学素子は、ガラスからなるものであってもプラスチックからなるものであっても、又は、ガラス製の光学素子の上に光硬化性樹脂などで光路差付与構造などを設けたハイブリッドの光学素子であってもよいが、単一の材料から形成されるものが好ましい。光学素子が複数のレンズからなる場合は、ガラスレンズとプラスチックレンズを混合して用いてもよい。光学素子が複数のレンズを有する場合、光路差付与構造を有する平板光学素子と非球面レンズ（光路差付与構造を有していてもいなくてもよい）の組み合わせであってもよい。また、光学素子がレンズである場合、屈折面が非球面であることが好ましい。また、光学素子は、光路差付与構造が設けられるベース面が非球面又は平面であることが好ましい。なお、光路差付与構造が設けられている光学素子の光学面が平面である場合、ベース面とは、その平面をいい、光路差付与構造が設けられている光学素子の光学面が曲面である場合、ベース面とは、光路差付与構造の包絡面をいう。包絡面とは、ある単位領域毎に最も光軸方向に大きく出っ張っている部分をつないだ曲線をいう。単位領域としては、例えば、光軸と直交方向に０．０５ｍｍごとに分割するようにしてもよい。光路差付与構造が設けられる光学素子であって、特に好ましいものは、プラスチックからなる単玉の対物レンズか、プラスチックからなる単体の平板光学素子である。【００２３】
また、光学素子をガラス製とする場合は、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下であるガラス材料を使用することが好ましい。ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下であるガラス材料を使用することにより、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。【００２４】
ところで、ガラス製の光学素子は一般的に樹脂レンズよりも比重が大きいため、例えば、対物レンズをガラスレンズとすると、重量が大きくなり対物レンズを駆動するアクチュエータに負担がかかる。そのため、光学素子をガラス製とする場合には、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。【００２５】
また、対物レンズ等の光学素子をプラスチック製とする場合は、環状オレフィン系の樹脂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、波長４０５ｎｍに対する温度２５℃での屈折率が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ｄＮ／ｄＴ（℃−１）が−２０×１０−５乃至−５×１０−５（より好ましくは、−１０×１０−５乃至−８×１０−５）の範囲内である樹脂材料を使用するのがより好ましい。また、対物レンズをプラスチックレンズとする場合、カップリングレンズもプラスチックレンズとすることが好ましい。【００２６】
或いは、本発明の対物レンズに適した樹脂材料として、上記環状オレフィン系以外にも「アサーマル樹脂」がある。アサーマル樹脂とは、母材となる樹脂の温度変化に伴う屈折率変化率とは、逆符号の屈折率変化率を有する直径が３０ｎｍ以下の粒子を分散させた樹脂材料である。【００２７】
光路差付与構造を有する光学素子について以下に記載する。光路差付与構造は、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を同一面上に重畳させた構造である。「重畳」とは、文字通り重ね合わせるという意味である。本明細書において、第一基礎構造と第二基礎構造がそれぞれ他の光学面に設けられている場合や、第一基礎構造と第二基礎構造とが同一の光学面にあったとしても、それぞれ異なる領域に設けられており、重なる領域が一切ない場合は、本明細書における重畳ではない。また、本明細書において、光路差付与構造は、少なくとも３つの基礎構造が重畳していればよく、更に他の基礎構造を重畳してもよい。例えば、第一基礎構造、第二基礎構造、第三基礎構造に加えて、第四基礎構造を更に重畳させてもよいし、更に第五基礎構造を重畳させてもよい。なお、基礎構造は、全て、光路差付与構造である。【００２８】
なお、本明細書でいう光路差付与構造とは、入射光束に対して光路差を付加する構造の総称である。光路差付与構造には、位相差を付与する位相差付与構造も含まれる。また、位相差付与構造には回折構造が含まれる。光路差付与構造は、光軸の方向とほぼ平行な段差を有し、好ましくは段差を複数有する。この段差により入射光束に光路差及び／又は位相差が付加される。光路差付与構造により付加される光路差は、入射光束の波長の整数倍であっても良いし、入射光束の波長の非整数倍であっても良い。なお、第一基礎構造、第二基礎構造、第三基礎構造などの基礎構造は、光軸方向から見た場合、光軸を中心とした同心円状の構造となっていることが好ましい。
第一基礎構造は、第一基礎構造を通過した第一光束のｒ次（ｒは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第二光束のｓ次（ｓは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第三光束のｔ次（ｔは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造である。第二基礎構造は、第二基礎構造を通過した第一光束のｕ次（ｕは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第二光束のｖ次（ｖは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第三光束のｗ次（ｗは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造である。第三基礎構造は、第三基礎構造を通過した第一光束のｘ次（ｘは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第二光束のｙ次（ｙは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第三光束のｚ次（ｚは整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造である。【００２９】
ｒ，ｓ，ｔ，ｕ，ｖ，ｗ，ｘ，ｙ，ｚは、これらの一部が同じ整数であってもよいし、全てが異なる整数であってもよい。但し、全てが同じ整数であることはない。
ｒ，ｓ，ｔのうち少なくとも一つは０ではないことが好ましい。ｒ，ｓ，ｔのうち、一つ又は二つが０であってもよい。ｕ，ｖ，ｗのうち少なくとも一つは０ではないことが好ましい。より好ましくは、ｕ，ｖ，ｗのどれも０ではない。ｘ，ｙ，ｚのうち少なくとも一つは０ではないことが好ましい。より好ましくは、ｘ，ｙ，ｚのどれも０ではない。また、以下の条件式を満たすことが好ましい。
ｒ＋ｓ＋ｔ＜ｕ＋ｖ＋ｗ＜ｘ＋ｙ＋ｚ
第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造は、ある単位形状が周期的に繰り返されている構造であることが好ましい。ここでいう「単位形状が周期的に繰り返されている」とは、同一の形状が同一の周期で繰り返されている形状は当然含む。さらに、周期の一単位となる単位形状が、規則性を持って、周期が徐々に長くなったり、徐々に短くなったりする形状も、「単位形状が周期的に繰り返されている」ものに含まれているとする。【００３０】
例えば、第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造の少なくとも一つが、ブレーズ型形状を有することが好ましい。ブレーズ型形状とは、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、光路差付与構造を有する光学素子の光軸を含む断面形状が、鋸歯上の形状ということであり、別の言い方としては、光路差付与構造がベース面に対して、直角でも平行でもない、斜めの面を有するということである。なお、ベース面については、既に上述している。また、本発明における第一基礎構造、第二基礎構造、第三基礎構造などの全ての基礎構造を、ブレーズ型形状の基礎構造に限定するようにしてもよい。
第一基礎構造、第二基礎構造又は第三基礎構造が、ブレーズ型形状を有する場合、単位形状である三角形が繰り返された形状となる。図２（ａ）に示されるように、同一の三角形が繰り返されてもよいし、図２（ｂ）に示されるように、ベース面の方向に進むに従って、徐々に三角形の大きさが大きくなっていく形状、又は、小さくなっていく形状であってもよい。また、徐々に三角形の大きさが大きくなった形状と、徐々に三角形の大きさが小さくなっていく形状を組み合わせた形状としてもよい。但し、三角形の大きさが徐々に変化する場合であっても、三角形において、光軸方向（又は通過する光線の方向）の大きさはほとんど変化しないことが好ましい。なお、ブレーズ型形状において、一つの三角形の光軸方向の長さ（三角形を通過する光線の方向の長さとしてもよい）を、ピッチ深さといい、光軸直交方向の一つの三角形の長さをピッチ幅という。加えて、ある領域においては、ブレーズ型形状の段差が光軸（中心）側とは逆を向いている形状とし、他の領域においては、ブレーズ型形状の段差が光軸（中心）側を向いている形状とし、その間に、ブレーズ型形状の段差の向きを切り替えるために必要な遷移領域が設けられている形状としてもよい。この遷移領域は、回折構造により透過波面に付加される光路差を光路差関数で表現した時、光路差関数の極値となる点に相当する領域である。なお、光路差関数が極値となる点を持つと、光路差関数の傾きが小さくなるので、輪帯ピッチを広げることが可能となり、回折構造の形状誤差による透過率低下を抑制できる。なお、ｒ、ｓ、ｔなどの次数が同一であっても、形状が異なる基礎構造や、次数が同一の基礎構造をずらして重ねた場合は、それぞれ異なる基礎構造とみなすようにしてもよい。【００３１】
また、第一基礎構造、第二基礎構造又は第三基礎構造の少なくとも一つが、図２（ｃ）、（ｄ）で示されるような階段型形状であってもよい。階段型形状とは、光路差付与構造を有する光学素子の光軸を含む断面形状が、階段状ということであり、別の言い方としては、光路差付与構造がベース面に対して平行な面と光軸に対して平行な面のみを有し、ベース面に対して斜めの面を有さず、ベース面の方向に進むに従って、段階的に光軸方向の長さが変化するということである。なお、例えば、ｒ＝０、ｓ＝１、ｔ＝０である場合、第一基礎構造は、図２（ｄ）に示すような階段状形状となるが、この形状は、２つのブレーズ型形状の重畳ともいえるため、この形状を二つの基礎構造の重畳とみなしてもよい。【００３２】
第一基礎構造、第二基礎構造又は第三基礎構造が、階段型形状を有する場合、単位形状である、階段形状が繰り返された形状となる。図２（ｃ）に示されるような徐々に階段のステップが高くなっていく形状や、図２（ｄ）で示されるような数段（例えば、４，５段）の同一の小階段形状が、繰り返されるような形状等があり得る。さらに、ベース面の方向に進むに従って、徐々に階段の大きさが大きくなっていく形状や、徐々に階段の大きさが小さくなっていく形状であってもよいが、光軸方向（又は通過する光線の方向）の長さはほとんど変化しないことが好ましい。【００３３】
さらに、第一基礎構造、第二基礎構造又は第三基礎構造のいずれかが、図２（ｅ）に示すように、バイナリ型形状であってもよい。さらに、ベース面の方向に進むに従って、徐々にバイナリの大きさが大きくなっていく形状や、徐々に階段の大きさが小さくなっていく形状であってもよいが、通過する光線の方向の長さはほとんど変化しないことが好ましい。なお、例えば、ｒ＝０、ｓ＝０、ｔ＝±１である場合、第一基礎構造は、図２（ｅ）に示すようなバイナリ状形状となるが、この形状は、２つのブレーズ型形状の重畳ともいえるため、この形状を二つの基礎構造の重畳とみなしてもよい。【００３４】
また、第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を重畳させてなる光路差付与構造の形状において、第一基礎構造、第二基礎構造又は第三基礎構造のブレーズ型形状の名残が残っていることが好ましい。別の言い方をすると、第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を重畳させてなる光路差付与構造が、光学素子の光路差付与構造が設けられているベース面に対して直角でもなく平行でもない、斜めの面を有することが好ましい。この様な形状にすることにより、第一基礎構造、第二基礎構造又は第三基礎構造において、付与することを意図していた光学機能（例えば、温度特性の向上や、波長特性の向上や、特定の波長のみ回折させるといった機能）の減少や消失をより防止することができ、重畳した光路差付与構造においても、意図していた当該光学機能を発揮することが可能となる。【００３５】
また、第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造の中で、より大きなピッチ幅（もしくは周期の幅）を有するブレーズ型形状の基礎構造と、それに比して小さなピッチ幅（もしくは周期の幅）を有するブレーズ型形状の基礎構造の少なくとも二つの基礎構造について、当該二つの基礎構造を重畳させる際に、大きなピッチ幅（もしくは周期幅）を有する基礎構造の段差（ベース面に対してほぼ直角な面）の位置の少なくとも一つが、小さなピッチ幅（もしくは周期幅）を有する基礎構造の段差の位置と一致しないことが好ましい。より好ましくは、大きな基礎構造の段差の位置の半分以上が、小さな基礎構造の段差の位置と一致しないことが好ましい。別の言い方をすれば、大きな基礎構造の周期が、小さな基礎構造の周期の整数倍に一致しないように、互いの段差の位置をずらすことが好ましい。このように重畳させることにより、上述のようなブレーズ型形状の名残を残すことが可能となるので好ましい。【００３６】
また、第一基礎構造及び第二基礎構造は、第１光ディスク使用時に発生する球面収差、第２光ディスク使用時に発生する球面収差及び第３光ディスク使用時に発生する球面収差をそれぞれ所望の値に調整する回折作用を付与する構造であることが好ましい。以下、この様な構造を互換用構造という。特に、第一基礎構造は、第１光ディスクと第３光ディスクの透明基板の厚さの差に基づいて発生する球面収差を、第１光束と第３光束の波長の差を利用して補正する構造であることが好ましい。また、第二基礎構造は、第１光ディスクと第２光ディスクの透明基板の厚さの差に基づいて発生する球面収差を、第１光束と第２光束の波長の差を利用して補正する構造であることが好ましい。【００３７】
一方、第三基礎構造並びに後述する第四基礎構造及び第五基礎構造は、環境温度が変化した際に発生する収差を補正する構造であることが好ましい。以下、この様な構造を温度変化補償構造という。第三基礎構造、第四基礎構造及び第五基礎構造は、環境温度の変化によって対物レンズの屈折率が変化し、当該屈折率の変化に伴って発生する収差を、環境温度の変化によって僅か（約±１０ｎｍ以内）に変化する波長変化を利用して補正する構造であってもよい。また、第三基礎構造、第四基礎構造及び第五基礎構造は、環境温度の変化に伴って変化する屈折率を利用して、基礎構造の段差において位相差の変化を生じさせ、当該位相差の変化を利用して環境温度の変化に伴って発生する収差を補正する
なお、第一基礎構造及び第二基礎構造を同一のベース面の構造とし、第三基礎構造のみ異なるベース面の構造としてもよい。【００３８】
なお、本発明の光学素子として、例えば、非球面の対物レンズを設計する場合、好ましい設計方法を以下に記載する。まず、基準となる非球面を設計し、そこに最もピッチ幅が大きい基礎構造であって、ｒ、ｓ、ｔの値がそれぞれ設定された構造を第一基礎構造として載せるように設計する。次に、第一基礎構造の各ピッチ幅内のそれぞれの面について、第一基礎構造の次にピッチ幅が大きい基礎構造であって、ｕ，ｖ、ｗの値がそれぞれ設定された構造を第二基礎構造として第一基礎構造に重ねて載せるように設計する。さらに、第一基礎構造の各ピッチ幅内のそれぞれの面について、第二基礎構造の次にピッチ幅が大きい基礎構造であって、ｘ、ｙ、ｚの値がそれぞれ設定された構造を第三基礎構造として第一基礎構造及び第二基礎構造に重ねて載せるように設計する。４つめ以降の基礎構造を有する場合は、上述の作業を繰り返していけばよい。上述に記載するように、ピッチ幅の広い基礎構造から順々に基礎構造を重ねていくことが好ましい。なお、第一基礎構造、第二基礎構造、第三基礎構造をそれぞれ設計し、最後にそれらの基礎構造を基準面上で重ね合わせるようにしてもよいが、上述の方法のほうが好ましい。【００３９】
第一基礎構造及び第二基礎構造は、光路差関数を用いて設計することが好ましく、第三基礎構造は、非球面係数を用いた非球面の式から設計することが好ましいが、この設計方法に限られるものではない。【００４０】
また、光路差付与構造を有する光学素子が、プラスチック製の単玉の対物レンズである場合、光ピックアップ装置として、以下の条件式を満たすことが好ましい。
０．０１＜ΔＳＡ／ｆ１＜０．０５        （１）
なお、ΔＳＡは、使用基準温度Ｔ０において、第一光束（ここで、第一波長λ０は、使用基準温度Ｔ０における使用基準波長λ１０とする）を、第１光ディスクの情報記録面上に集光した際の球面収差と、使用基準温度Ｔ０とは異なる使用温度Ｔ（ここで、｜Ｔ−Ｔ０｜＜６０［℃］とする）において、第一光束（ここで、第一波長λ０は、前記使用温度Ｔにおける使用波長λ１１とする）を、第１光ディスクの情報記録面上に集光した際の球面収差の差を表す。ｆ１は、第１光束を用いた際の集光光学系に含まれる対物レンズの焦点距離を表す。なお、Ｔ０は１５度以上２５度以下の範囲であることが好ましい。【００４１】
更に好ましくは、以下の条件式を満たすことである。
０．０１＜ΔＳＡ／ｆ１＜０．０３        （１‘）
なお、プラスチックの光学素子に設けられた光路差付与構造において、第一基礎構造、第二基礎構造又は第三基礎構造のうち、少なくとも一つの基礎構造を設けたことに起因して、上記条件式を満たすことが可能になることが好ましい。例えば、第三基礎構造において、上述のｘの値を１０とし、ｙの値を６とし、ｚの値を５とすることにより、上述の条件式（１）又は（１‘）を満たすことが可能となる。【００４２】
次に、第一基礎構造、第二基礎構造および第三基礎構造を重畳させた光路差付与構造を有する光学素子が、プラスチック製の単玉の対物レンズである場合の好ましい態様について、以下に記載する。
対物レンズの少なくとも一つの光学面が、中央領域と、中央領域の周りの周辺領域とを有する。更に好ましくは、対物レンズの少なくとも一つの光学面が、周辺領域の周りに最周辺領域を有する。最周辺領域を設けることにより、高ＮＡの光ディスクに対する記録及び／又は再生をより適切に行うことが可能となる。中央領域は、対物レンズの光軸を含む領域であることが好ましいが、含まない領域であってもよい。中央領域、周辺領域、及び最周辺領域は同一の光学面上に設けられていることが好ましい。図１に示されるように、中央領域ＣＮ、周辺領域ＭＤ、最周辺領域ＯＴは、同一の光学面上に、光軸を中心とする同心円状に設けられていることが好ましい。また、対物レンズの中央領域には第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を重畳させてなる本発明の光路差付与構造である第一光路差付与構造が設けられ、周辺領域には第二光路差付与構造が設けられている。第二光路差付与構造は、３つの基礎構造を重畳してなる構成であってもよいし、２つの基礎構造を重畳してなる構成であってもよいし、単一の基礎構造のみからなる光路差付与構造であってもよい。最周辺領域を有する場合、最周辺領域は屈折面であってもよいし、最周辺領域に第三光路差付与構造が設けられていてもよい。第三光路差付与構造は、３つの基礎構造を重畳してなる構成であってもよいし、２つの基礎構造を重畳してなる構成であってもよいし、単一の基礎構造のみからなる光路差付与構造であってもよい。中央領域、周辺領域、最周辺領域はそれぞれ隣接していることが好ましいが、間に僅かに隙間があっても良い。【００４３】
第一光路差付与構造は、対物レンズの中央領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、第一光路差付与構造が、中央領域の全面に設けられていることである。第二光路差付与構造は、対物レンズの周辺領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、第二光路差付与構造が、周辺領域の全面に設けられていることである。第三光路差付与構造は、対物レンズの最周辺領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、第三光路差付与構造が、最周辺領域の全面に設けられていることである。【００４４】
また、対物レンズの中央領域に設けられる第一光路差付与構造と、対物レンズの周辺領域に設けられる第二光路差付与構造は、対物レンズの異なる光学面に設けられていてもよいが、同一の光学面に設けられることが好ましい。同一の光学面に設けられることにより、製造時の偏芯誤差を少なくすることが可能となるため好ましい。また、第一光路差付与構造及び第二光路差付与構造は、対物レンズの光ディスク側の面よりも、対物レンズの光源側の面に設けられることが好ましい。【００４５】
対物レンズは、対物レンズの第一光路差付与構造が設けられた中央領域を通過する第一光束、第二光束及び第三光束を、それぞれ集光スポットを形成するように集光する。好ましくは、対物レンズは、対物レンズの第一光路差付与構造が設けられた中央領域を通過する第一光束を、第１光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。また、対物レンズは、対物レンズの第一光路差付与構造が設けられた中央領域を通過する第二光束を、第２光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。さらに、対物レンズは、対物レンズの第一光路差付与構造が設けられた中央領域を通過する第三光束を、第３光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。また、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２が異なる場合、第一光路差付与構造は、第一光路差付与構造を通過した第一光束及び第二光束に対して、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２の違いにより発生する球面収差及び／又は第一光束と第二光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。さらに、第一光路差付与構造は、第一光路差付与構造を通過した第一光束及び第三光束に対して、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１と第３光ディスクの保護基板の厚さｔ３との違いにより発生する球面収差及び／又は第一光束と第三光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。【００４６】
また、対物レンズの第一光路差付与構造を通過した第三光束によって、第三光束が形成するスポットのスポット径が最も小さくなる第一ベストフォーカスと、第三光束が形成するスポットのスポット径が第一ベストフォーカスの次に小さくなる第二ベストフォーカスとが形成される。なお、ここでいうベストフォーカスとは、ビームウェストが、あるデフォーカスの範囲で極小となる点を指すものとする。つまり、第三光束によって、第一ベストフォーカス及び第二ベストフォーカスが形成されるということは、第三光束において、或るデフォーカスの範囲でビームウェストが極小となる点が、少なくとも２点存在するということである。なお、第一光路差付与構造を通過した第三光束において、光量が最大となる回折光が第一ベストフォーカスを形成し、光量が次に大きな回折光が第二ベストフォーカスを形成することが好ましい。また、第一ベストフォーカスを形成する回折光の回折効率と、第二ベストフォーカスを形成する回折光の回折効率の差が２０％以下である場合に、本発明の効果がより顕著となる。【００４７】
尚、第一ベストフォーカスにおいて第三光束が形成するスポットが、第３光ディスクの記録及び／又は再生に用いられ、第二ベストフォーカスにおいて第三光束が形成するスポットは、第３光ディスクの記録及び／又は再生に用いられないことが好ましいが、第一ベストフォーカスにおいて第三光束が形成するスポットが、第３光ディスクの記録及び／又は再生に用いられず、第二ベストフォーカスにおいて第三光束が形成するスポットが、第３光ディスクの記録及び／又は再生に用いられるような態様を否定するものではない。なお、第一光路差付与構造が、対物レンズの光源側の面に設けられている場合、第二ベストフォーカスの方が、第一ベストフォーカスに比して対物レンズに近い方が好ましい。【００４８】
さらに、第一ベストフォーカスと第二ベストフォーカスは、下記の条件式を満たすことが好ましい。【００４９】
０．０５≦Ｌ／ｆ≦０．３５
但し、ｆ［ｍｍ］は第一光路差付与構造を通過し、第一ベストフォーカスを形成する第三光束の焦点距離を指し、Ｌ［ｍｍ］は第一ベストフォーカスと第二ベストフォーカスの間の距離を指す。【００５０】
なお、下記の条件式を満たすことがより好ましい。【００５１】
０．１０≦Ｌ／ｆ≦０．２１
また、Ｌは、０．１８ｍｍ以上、０．６３ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、ｆは、１．８ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であることが好ましい。【００５２】
上記構成により、第３光ディスクの記録及び／又は再生時に、第三光束のうち第３光ディスクの記録及び／又は再生時に用いられない不要光がトラッキング用の受光素子に悪影響を及ぼすことを防ぐことが可能となり、第３光ディスクの記録及び／又は再生時に良好なトラッキング性能を維持することが可能となる。【００５３】
また、対物レンズは、対物レンズの第二光路差付与構造が設けられた周辺領域を通過する第一光束及び第二光束を、それぞれ集光スポットを形成するように集光する。好ましくは、対物レンズは、対物レンズの第二光路差付与構造が設けられた周辺領域を通過する第一光束を、第１光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。また、対物レンズは、対物レンズの第二光路差付与構造が設けられた周辺領域を通過する第二光束を、第２光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。また、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２が異なる場合、第二光路差付与構造は、第二光路差付与構造を通過した第一光束及び第二光束に対して、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２の違いにより発生する球面収差及び／又は第一光束と第二光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。【００５４】
また、好ましい態様として、周辺領域を通過した第三光束は、第３光ディスクの記録及び／又は再生に用いられない態様が挙げられる。周辺領域を通過した第三光束が、第３光ディスクの情報記録面上で集光スポットの形成に寄与しないようにすることが好ましい。つまり、対物レンズの第二光路差付与構造が設けられた周辺領域を通過する第三光束は、第３光ディスクの情報記録面上でフレアを形成することが好ましい。図７に示すように、対物レンズを通過した第三光束が第３光ディスクの情報記録面上で形成するスポットにおいて、光軸側（又はスポット中心部）から外側へ向かう順番で、光量密度が高いスポット中心部ＳＣＮ、光量密度がスポット中心部より低いスポット中間部ＳＭＤ、光量密度がスポット中間部よりも高くスポット中心部よりも低いスポット周辺部ＳＯＴを有する。スポット中心部が、光ディスクの情報の記録及び／又は再生に用いられ、スポット中間部及びスポット周辺部は、光ディスクの情報の記録及び／又は再生には用いられない。上記において、このスポット周辺部をフレアと言っている。つまり、対物レンズの周辺領域に設けられた第二光路差付与構造を通過した第三光束は、第３光ディスクの情報記録面上でスポット周辺部を形成する。なお、ここでいう第三光束の集光スポット又はスポットは、第一ベストフォーカスにおけるスポットであることが好ましい。また、対物レンズを通過した第二光束においても、第２光ディスクの情報記録面上で形成するスポットが、スポット中心部、スポット中間部、スポット周辺部を有することが好ましい。【００５５】
また、第二光路差付与構造は、第二光路差付与構造を通過した第一光束及び第二光束に対して、第一光源又は第二光源の波長の僅かな変動によって発生するスフェロクロマティズム（色球面収差）を補正することが好ましい。波長の僅かな変動とは、±１０ｎｍ以下の変動を指す。例えば、第一光束が波長λ１より±５ｎｍ変化した際に、第二光路差付与構造によって、周辺領域を通過した第一光束の球面収差の変動を補償し、第１光ディスクの情報記録面上での波面収差の変化量が０．０１０λ１ｒｍｓ以上、０．０９５λ１ｒｍｓ以下となるようにすることが好ましい。また、第二光束が波長λ２より±５ｎｍ変化した際に、第二光路差付与構造によって、周辺領域を通過した第二光束の球面収差の変動を補償し、第２光ディスクの情報記録面上での波面収差の変化量が０．００２λ２ｒｍｓ以上、０．０３λ２ｒｍｓ以下となるようにすることが好ましい。これにより、光源であるレーザの波長の製造誤差や個体差による波長のバラつきに起因する収差を補正することができる。【００５６】
対物レンズが最周辺領域を有する場合、対物レンズは、対物レンズの最周辺領域を通過する第一光束を、第１光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。また、最周辺領域を通過した第一光束において、第１光ディスクの記録及び／又は再生時にその球面収差が補正されていることが好ましい。【００５７】
また、好ましい態様として、最周辺領域を通過した第二光束は、第２光ディスクの記録及び／又は再生に用いられず、最周辺領域を通過した第三光束は、第３光ディスクの記録及び／又は再生に用いられない態様が挙げられる。最周辺領域を通過した第二光束及び第三光束が、それぞれ第２光ディスク及び第３光ディスクの情報記録面上での集光スポットの形成に寄与しないようにすることが好ましい。つまり、対物レンズが最周辺領域を有する場合、対物レンズの最周辺領域を通過する第三光束は、第３光ディスクの情報記録面上でフレアを形成することが好ましい。言い換えると、対物レンズの最周辺領域を通過した第三光束は、第３光ディスクの情報記録面上でスポット周辺部を形成することが好ましい。また、対物レンズが最周辺領域を有する場合、対物レンズの最周辺領域を通過する第二光束は、第２光ディスクの情報記録面上でフレアを形成することが好ましい。言い換えると、対物レンズの最周辺領域を通過した第二光束は、第２光ディスクの情報記録面上でスポット周辺部を形成することが好ましい。【００５８】
最周辺領域が第三光路差付与構造を有する場合、第三光路差付与構造が、第三光路差付与構造を通過した第一光束に対して、第一光源の波長の僅かな変動によって発生するスフェロクロマティズム（色球面収差）を補正するようにしてもよい。波長の僅かな変動とは、±１０ｎｍ以下の変動を指す。例えば、第一光束が波長λ１より±５ｎｍ変化した際に、第三光路差付与構造によって、最周辺領域を通過した第一光束の球面収差の変動を補償し、第１光ディスクの情報記録面上での波面収差の変化量が０．０１０λ１ｒｍｓ以上、０．０９５λ１ｒｍｓ以下となるようにすることが好ましい。【００５９】
なお、第一光路差付与構造は、第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を重畳してなる光路差付与構造であるが、第一基礎構造は、第一基礎構造を通過した第一光束の０次（透過光）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第二光束の０次（透過光）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第三光束の±１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であることが好ましい。また、第二基礎構造は、第二基礎構造を通過した第一光束の２次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第二光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第三光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であることが好ましい。更に、第三基礎構造は、第三基礎構造を通過した第一光束の１０次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第二光束の６次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第三光束の５次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造であることが好ましい。即ち、ｒ＝０、ｓ＝０、ｔ＝±１、ｕ＝２、ｖ＝１、ｗ＝１、ｘ＝１０、ｙ＝６、ｚ＝５であることが好ましい。尚、第三基礎構造は、第三基礎構造を通過した第一光束の２次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第二光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第三光束の１次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造としてもよい。この場合、ｘ＝２、ｙ＝１、ｚ＝１となる。この例において、第一基礎構造及び第二基礎構造は互換用構造であり、第三基礎構造は温度変化補償構造である。【００６０】
尚、第一基礎構造は、図２（ｅ）に示すようなバイナリ状の構造であって、第二基礎構造は、図２（ａ）又は（ｂ）に示すような鋸歯状の構造であって、第三基礎構造は、図２（ｃ）に示すような階段状構造であることが好ましい。
また、第二光路差付与構造は、第二基礎構造と第四基礎構造を重ね合わせた構造とすることが好ましい。第四基礎構造は、第四基礎構造を通過する第一光束のｄ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第二光束のｅ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第三光束のｆ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造である。ここで、ｕ＝２、ｖ＝１、ｗ＝１、であることが好ましい。また、ｄ＝５、ｅ＝３、ｆ＝３及び２であるか、又は、ｄ＝２、ｅ＝１、ｆ＝１であることが好ましい。第四基礎構造は、図２（ｃ）に示すような階段状構造であることが好ましい。第二基礎構造は互換構造であり、第四基礎構造は温度変化補償構造である。
さらに、対物レンズがプラスチックレンズである場合、第三光路差付与構造を有する最周辺領域を有することが好ましい。この場合、第三光路差付与構造は、単一の第四基礎構造又は第五基礎構造のみからなる光路差付与構造であることが好ましい。第五基礎構造は、第五基礎構造を通過する第一光束のａ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第二光束のｂ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第三光束のｃ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする光路差付与構造である。ａ、ｂ、ｃはそれぞれ０以外の整数であって、ａの値は特に限定されるものではないが、１０、５、４、２などを好ましく適用できる。第四基礎構造及び第五基礎構造は、図２（ｃ）に示すような階段状構造であることが好ましい。第四基礎構造及び第五基礎構造は、温度変化補償構造である。
また、対物レンズ全体において、即ち、第一光路差付与構造、第二光路差付与構造及び第三光路差付与構造を全て合わせて考えた場合、温度変化補償構造である基礎構造は全体として、光軸を含む断面形状が、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が長くなり、光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が短くなる階段構造であることが好ましい。別の表現としては、光軸からの高さが大きくなるにつれて、光軸方向に深くなっていき、任意の高さを超えたところで、光軸方向に浅くなっていく構造であることが好ましいとも言える。例えば、上述の例においては、第一光路差付与構造における第三基礎構造、第二光路差付与構造における第四基礎構造及び第三光路差付与構造における第四基礎構造又は第五基礎構造をあわせて一つの構造として捉えた場合に、光軸からの高さが大きくなるにつれて、光軸方向に深くなっていき、任意の高さを超えたところで、光軸方向に浅くなっていく構造となっていることが好ましい。
以上の様に、対物レンズがプラスチックレンズである場合、中央領域は温度変化補償構造と二種類の互換用構造とを重ね合わせた構造であって、周辺領域は温度変化補償構造と一種類の互換用構造を重ね合わせた構造であって、最周辺領域は温度変化補償構造のみからなる態様が好ましい一態様として挙げられる。【００６１】
第１光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ１とし、第２光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ２（ＮＡ１≧ＮＡ２）とし、第３光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）とする。【００６２】
対物レンズの中央領域と周辺領域の境界は、０．９・ＮＡ３以上、１．２・ＮＡ３以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ３以上、１．１５・ＮＡ３以下）の範囲に相当する部分に形成されていることが好ましい。より好ましくは、対物レンズの中央領域と周辺領域の境界が、ＮＡ３に相当する部分に形成されていることである。また、対物レンズの周辺領域と最周辺領域の境界は、０．９・ＮＡ２以上、１．２・ＮＡ２以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ２以上、１．１５・ＮＡ２以下）の範囲に相当する部分に形成されていることが好ましい。より好ましくは、対物レンズの周辺領域と最周辺領域の境界が、ＮＡ２に相当する部分に形成されていることである。対物レンズの最外周の外側の境界は、０．９・ＮＡ１以上、１．２ＮＡ１以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ１以上、１．１５・ＮＡ１以下）の範囲に相当する部分に形成されていることが好ましい。より好ましくは、対物レンズの最外周の外側の境界が、ＮＡ１に相当する部分に形成されていることである。【００６３】
対物レンズを通過した第三光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光する場合に、球面収差が少なくとも１箇所の不連続部を有することが好ましい。その場合、不連続部は、０．９・ＮＡ３以上、１．２・ＮＡ３以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ３以上、１．１５・ＮＡ３以下）の範囲に存在することが好ましい。また、対物レンズを通過した第二光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光する場合にも、球面収差が少なくとも一箇所の不連続部を有することが好ましい。その場合、不連続部は、０．９・ＮＡ２以上、１．２・ＮＡ２以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ２以上、１．１・ＮＡ２以下）の範囲に存在することが好ましい。【００６４】
また、球面収差が連続していて、不連続部を有さない場合であって、対物レンズを通過した第三光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光する場合に、ＮＡ２では、縦球面収差の絶対値が０．０３μｍ以上であって、ＮＡ３では縦球面収差の絶対値が０．０２μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、ＮＡ２では、縦球面収差の絶対値が０．０８μｍ以上であって、ＮＡ３では縦球面収差の絶対値が０．０１μｍ以下である。また、対物レンズを通過した第二光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光する場合に、ＮＡ１では、縦球面収差の絶対値が０．０３μｍ以上であって、ＮＡ２では縦球面収差の絶対値が０．００５μｍ以下であることが好ましい。【００６５】
また、回折効率は回折構造の輪帯深さに依存するので、光ピックアップ装置の用途に応じて、中央領域の各波長に対する回折効率を適宜設定可能である。例えば、第１光ディスクに対して記録及び再生を行い、第二、第３光ディスクに対して再生のみ行う光ピックアップ装置の場合には、中央領域及び／又は周辺領域の回折効率は第一光束重視とするのが好ましい。一方、第１光ディスクに対して再生のみを行い、第二、第３光ディスクに対して記録及び再生を行う光ピックアップ装置の場合には、中央領域の回折効率は、第二、第三光束重視とし、周辺領域の回折効率は第二光束重視とするのが好ましい。【００６６】
何れの場合でも、下記条件式を満たすようにすることで、各領域の面積加重平均により計算される第一光束の回折効率を高く確保することが可能となる。【００６７】
η１１≦η２１        
但し、η１１は中央領域における第一光束の回折効率を表し、η２１は周辺領域における第一光束の回折効率を表す。なお、中央領域の回折効率を第二、第三波長の光束重視とした場合には、中央領域の第一光束の回折効率は低くなるが、第１光ディスクの開口数が第３光ディスクの開口数に比べて大きい場合は、第一光束の有効径全体で考えると中央領域の回折効率低下はそれほど大きな影響を与えない。【００６８】
なお、本明細書における回折効率は、以下のように定義することができる。
（１）同一の焦点距離、レンズ厚さ、開口数を有し、同一の材料で形成され、第一及び第二光路差付与構造が形成されない対物レンズの透過率を、中央領域、周辺領域に分けて測定する。この際、中央領域の透過率は、周辺領域に入射する光束を遮断して測定し、周辺領域の透過率は中央領域に入射する光束を遮断して測定する。
（２）第一及び第二光路差付与構造を有する対物レンズの透過率を、中央領域と周辺領域に分けて測定する。
（３）上記（２）の結果を（１）の結果で割った値を各領域の回折効率とする。【００６９】
また、第一光束乃至第三光束の何れか二つの光束の光利用効率が８０％以上であって、残りの一つの光束の光利用効率を３０％以上、８０％以下にするようにしてもよい。残りの一つの光束の光利用効率を４０％以上、７０％以下にするようにしてもよい。この場合、光利用効率を３０％以上、８０％以下（または４０％以上、７０％以下）とする光束は、第三光束であることが好ましい。【００７０】
なお、ここでいう光利用効率とは、第一光路差付与構造及び第二光路差付与構造が形成された対物レンズ（第三光路差付与構造が形成されていてもよい）により光ディスクの情報記録面上に形成された集光スポットのエアリーディスク内の光量をＡとし、同一の材料から形成され、且つ、同一の焦点距離、軸上厚さ、開口数、波面収差を有し、第一光路差付与構造、第二光路差付与構造及び第三光路差付与構造が形成されない対物レンズにより、光情報記録媒体の情報記録面上に形成された集光スポットのエアリーディスク内の光量をＢとしたとき、Ａ／Ｂにより算出するものとする。なお、ここでいうエアリーディスクとは、集光スポットの光軸を中心とする半径ｒ‘の円をいう。ｒ‘＝０．６１・λ／ＮＡで表される。【００７１】
また、第一光路差付与構造を通過した第三光束において、最大の光量となる回折次数の回折光の光量と、次に大きな光量となる回折次数の回折光の光量の差、即ち、第一ベストフォーカスを形成する回折光の光量と、第二ベストフォーカスを形成する回折光の光量の差が、０％以上、２０％以下である場合、特に第３光ディスクにおけるトラッキング特性を良好に保つことが困難であるが、本発明は、そのような状況においても、トラッキング特性を良好にすることを可能とする。【００７２】
第一光束、第二光束及び第三光束は、平行光として対物レンズに入射してもよいし、発散光若しくは収束光として対物レンズに入射してもよい。好ましくは、第一光束及び第二光束の、対物レンズへの入射光束の倍率ｍ１、ｍ２が、下記の条件式を満たすことである。
−０．０２＜ｍ１＜０．０２          
−０．０２＜ｍ２＜０．０２          
また、第三光束を平行光又は略平行光として対物レンズに入射させる場合、第三光束の対物レンズへの入射光束の倍率ｍ３が、下記の条件式を満たすことが好ましい。第三光束が平行光である場合、トラッキングにおいて問題が発生しやすくなるが、本発明は第三光束が平行光であっても、良好なトラッキング特性を得ることを可能とし、３つの異なる光ディスクに対して記録及び／又は再生を適切に行う事を可能とする。【００７３】
−０．０２＜ｍ３＜０．０２          
一方で、第三光束を発散光として対物レンズに入射させる場合、第三光束の対物レンズへの入射光束の倍率ｍ３が、下記の条件式を満たすことが好ましい。【００７４】
−０．１０＜ｍ３＜０．００        
各光源から出射される光束の波長（特に第一光源から出射される第一光束の波長）が±５ｎｍ変化した際に、各光ディスク（特に第１光ディスク）の情報記録面上での波面収差の変化量が０．０１０λ１ｒｍｓ以上、０．０９５λ１ｒｍｓ以下となることが好ましい。また、環境温度を設計基準温度より±３０℃変化させた際に、第一光束の球面収差を補正し、第１光ディスクの情報記録面上での波面収差の変化量が０．０１０λ１ｒｍｓ以上、０．０９５λ１ｒｍｓ以下となることが好ましい。【００７５】
また、第３光ディスクを用いる際の対物レンズのワーキングディスタンス（ＷＤ）は、０．２０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であることが好ましい。好ましくは、０．３ｍｍ以上、１．００ｍｍ以下である。次に、第２光ディスクを用いる際の対物レンズのＷＤは、０．４ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、第１光ディスクを用いる際の対物レンズのＷＤは、０．４ｍｍ以上、０．９ｍｍ以下（ｔ１＜ｔ２である場合は、０．６ｍｍ以上、０．９ｍｍ以下が好ましい）であることが好ましい。【００７６】
対物レンズの入射瞳径は、第１光ディスクを用いる際に、φ２．８ｍｍ以上、φ４．５ｍｍ以下であることが好ましい。【００７７】
本発明に係る光情報記録再生装置は、上述の光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブ装置を有する。【００７８】
ここで、光情報記録再生装置に装備される光ディスクドライブ装置に関して説明すると、光ディスクドライブ装置には、光ピックアップ装置等を収納している光情報記録再生装置本体から光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイのみが外部に取り出される方式と、光ピックアップ装置等が収納されている光ディスクドライブ装置本体毎、外部に取り出される方式とがある。【００７９】
上述した各方式を用いる光情報記録再生装置には、概ね、次の構成部材が装備されているがこれに限られるものではない。ハウジング等に収納された光ピックアップ装置、光ピックアップ装置をハウジングごと光ディスクの内周あるいは外周に向けて移動させるシークモータ等の光ピックアップ装置の駆動源、光ピックアップ装置のハウジングを光ディスクの内周あるいは外周に向けてガイドするガイドレールなどを有した光ピックアップ装置の移送手段及び、光ディスクの回転駆動を行うスピンドルモータ等である。【００８０】
前者の方式には、これら各構成部材の他に、光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイおよびトレイを摺動させるためのローディング機構等が設けられ、後者の方式にはトレイおよびローディング機構がなく、各構成部材が外部に引き出し可能なシャーシに相当するドロワーに設けられていることが好ましい。【００８１】
以下、本発明の第一基礎構造、第二基礎構造及び第三基礎構造を重畳してなる光路差付与構造を有する光学素子が、プラスチック製の単玉の対物レンズである場合の、実施の形態を図面を参照して説明する。図３は、異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤ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本実施の形態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。かかる光ピックアップ装置ＰＵ１は、光情報記録再生装置に搭載できる。ここでは、第１光ディスクをＢＤとし、第２光ディスクをＤＶＤとし、第３光ディスクをＣＤとする。なお、本発明は、本実施形態に限られるものではない。【００８２】
光ピックアップ装置ＰＵ１は、対物レンズＯＢＪ、絞りＳＴ、コリメートレンズＣＬ、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳ、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍのレーザ光束（第一光束）を射出する第一半導体レーザＬＤ１（第一光源）と、ＢＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第一の受光素子ＰＤ１と、レーザモジュールＬＭ等を有する。【００８３】
また、レーザモジュールＬＭは、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（第二光束）を射出する第二半導体レーザＥＰ１（第二光源）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（第三光束）を射出する第三半導体レーザＥＰ２（第三光源）と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第二の受光素子ＤＳ１と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第三の受光素子ＤＳ２と、プリズムＰＳと、を有している。【００８４】
図１及び図４に示されるように、本実施の形態の対物レンズＯＢＪにおいて、光源側の非球面光学面に光軸を含む中央領域ＣＮと、その周囲に配置された周辺領域ＭＤと、更にその周囲に配置された最周辺領域ＯＴとが、光軸を中心とする同心円状に形成されている。なお、図１及び図４の中央領域、周辺領域、最周辺領域の面積などの比率は正確には表されていない。中央領域ＣＮの全面には、第一光路差付与構造が設けられており、周辺領域ＭＤの全面には第二光路差付与構造が設けられている。また、最周辺領域ＯＴには第三光路差付与構造が設けられている。【００８５】
青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された第一光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳを透過し、コリメートレンズＣＬにより平行光束とされた後、図示しない１／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、絞りＳＴによりその光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって厚さ０．０８７５ｍｍの保護基板ＰＬ１を介して、ＢＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。【００８６】
情報記録面ＲＬ１上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、絞りＳＴを透過した後、図示しない１／４波長板により円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳを透過した後、第一の受光素子ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、第一の受光素子ＰＤ１の出力信号を用いて、２軸アクチュエータＡＣにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。【００８７】
赤色半導体レーザＥＰ１から射出された第二光束（λ２＝６５８ｎｍ）の発散光束は、プリズムＰＳで反射された後、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射され、コリメートレンズＣＬにより平行光束とされた後、図示しない１／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズＯＪＴに入射する。ここで、対物レンズＯＢＪの中央領域と周辺領域により集光された（最周辺領域を通過した光束はフレア化され、スポット周辺部を形成する）光束は、厚さ０．６ｍｍの保護基板ＰＬ２を介して、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２に形成されるスポットとなり、スポット中心部を形成する。【００８８】
情報記録面ＲＬ２上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、絞りＳＴを透過した後、図示しない１／４波長板により円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射された後、その後、プリズム内で２回反射された後、第二の受光素子ＤＳ１に収束する。そして、第二の受光素子ＤＳ１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。【００８９】
赤外半導体レーザＥＰ２から射出された第三光束（λ３＝７８５ｎｍ）の発散光束は、プリズムＰＳで反射された後、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射され、コリメートレンズＣＬにより平行光束とされた後、図示しない１／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズＯＪＴに入射する。ここで、対物レンズＯＢＪの中央領域により集光された（周辺領域及び最周辺領域を通過した光束はフレア化され、スポット周辺部を形成する）光束は、厚さ１．２ｍｍの保護基板ＰＬ３を介して、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。【００９０】
情報記録面ＲＬ３上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、絞りＳＴを透過した後、図示しない１／４波長板により円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射された後、その後、プリズム内で２回反射された後、第三の受光素子ＤＳ２に収束する。そして、第三の受光素子ＤＳ２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。【００９１】
青紫色半導体レーザＬＤ１から出射された第一光束が平行光束で対物レンズＯＢＪに入射したときに、中央領域の第一光路差付与構造、周辺領域の第二光路差付与構造及び最周辺領域の第三光路差付与構造は、第一光束の球面収差を適正に補正し、保護基板の厚さｔ１のＢＤ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。又、赤色半導体レーザＥＰ１から出射された第二光束が平行光束で対物レンズＯＢＪに入射したときに、中央領域の第一光路差付与構造、周辺領域の第二光路差付与構造は、ＢＤとＤＶＤの保護基板の厚さの差異及び第一光束と第二光束の波長の差異に起因して発生する第二光束の球面収差を適正に補正し、最周辺領域の第三光路差付与構造は第二光束をＤＶＤの情報記録面上でフレアとするため、保護基板の厚さｔ２のＤＶＤ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。又、赤外半導体レーザＥＰ２から出射された第三光束が平行光束で対物レンズＯＢＪに入射したときに、中央領域の第一光路差付与構造は、ＢＤとＣＤの保護基板の厚さの差異及び第一光束と第三光束の波長の差異に起因して発生する第三光束の球面収差を適正に補正し、周辺領域の第二光路差付与構造及び最周辺領域の第三光路差付与構造は第三光束をＣＤの情報記録面上でフレアとするため、保護基板の厚さｔ３のＣＤ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。また、中央領域の第一光路差付与構造は、記録再生に用いられる第三光束の必要光の集光スポットと、第三光束の不要光の集光スポットとを適正な距離だけ離し、それにより、ＣＤを用いた際のトラッキング特性も良好にする。加えて、周辺領域の第二光路差付与構造は、第一光束及び第二光束に対して、レーザの製造誤差等の理由によって波長が基準波長からずれた際に、スフェロクロマティズム（色球面収差）を補正することができる。
【実施例】
【００９２】
対物レンズは、単玉のプラスチックレンズである。対物レンズの光学面の中央領域ＣＮの全面には、第一光路差付与構造が形成されている。光学面の周辺領域ＭＤの全面には、第二光路差付与構造が形成されている。光学面の最周辺領域ＯＴの全面には、第三光路差付与構造が設けられている。対物レンズの断面形状は、図５に示されるような形状となっている。【００９３】
第一光路差付与構造は、第一基礎構造、第二基礎構造と第三基礎構造とが重畳された構造となっており、２種類の鋸歯状の回折構造とバイナリ構造とが重畳された形状となっている。バイナリ構造である第一基礎構造は、所謂、波長選択回折構造であり、第１光束の０次の回折光（透過光）の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、第２光束の０次の回折光（透過光）の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、第３光束の±１次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光量よりも大きくするように設計されている。鋸歯状の回折構造である第二基礎構造は、第１光束の２次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第２光束の１次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第３光束の１次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光量よりも大きくするように設計されている。鋸歯状の回折構造である第三基礎構造は、第１光束の１０次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第２光束の６次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第３光束の５次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光量よりも大きくするように設計されている。
なお、上述の第一基礎構造において、バイナリ形状の幅は光軸から離れていくに従って徐々に小さくなっていく構造となっている。第二基礎構造においては、中央領域の光軸側の領域においては、段差が光軸側を向いているブレーズド型形状であり、中央領域の周辺領域側の領域においては、段差が光軸側とは逆を向いているブレーズド型形状であり、その間には、鋸歯状の構造の段差の向きを切り替えるために必要な遷移領域が設けられている。ブレーズド型形状の三角形の大きさは、光軸から離れるにつれて徐々に大きくなったり小さくなったりする。なお、第三構造の大きさはまちまちである。
第二光路差付与構造は、第二基礎構造と第四基礎構造を重畳した構造となっており、鋸歯状の回折構造とより荒い鋸歯状の回折構造とが重畳された形状となっている。鋸歯状の回折構造である第二基礎構造は、第１光束の２次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第２光束の１次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第３光束の１次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光量よりも大きくするように設計されている。また、荒い鋸歯状の回折構造である第四基礎構造は、第１光束の５次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、第２光束の３次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、第３光束の３次及び２次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくするように設計されている。
第三光路差付与構造は、第四基礎構造のみからなる構造となっている。尚、本実施の態様において、第一基礎構造及び第二基礎構造は互換用構造であり、第三基礎構造及び第四基礎構造は温度変化補償構造である。また、第一光路差付与構造の第三基礎構造、第二光路差付与構造の第四基礎構造及び第三光路差付与構造の第四基礎構造を、合わせて一つの構造として捉えた場合、光軸からの高さが大きくなるにつれて、光軸方向に深くなっていき、任意の高さを超えたところで、光軸方向に浅くなっていく構造となっている。
表１にレンズデータを示す。なお、これ以降において、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。【００９４】
対物レンズの光学面は、それぞれ数１式に、表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。【００９５】
【数１】
2007123112.tif 000003
【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、ｈは光軸からの高さである。【００９７】
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２式の光路差関数に、表に示す係数を代入した数式で規定される。  【００９８】
【数２】
2007123112.tif 000004
【００９９】
尚、λは入射光束の波長、λＢは製造波長（ブレーズ化波長）、ｄｏｒは回折次数、Ｃ２ｉは光路差関数の係数である。
以下の表１〜表４に、レンズデータを示す。また、図６において、本実施例の縦球面収差図を示す。図６（ａ）はＢＤ、図６（ｂ）はＤＶＤ、図６（ｃ）はＣＤの縦球面収差図である。縦球面収差図の縦軸の１．０は、図６（ａ）に示すＢＤにおいては、ＮＡ０．８５またはΦ３．７４ｍｍを表し、図６（ｂ）に示すＤＶＤにおいては、ＮＡ０．６より僅かに大きな値、または、Φ２．７ｍｍより僅かに大きな値を表し、図６（ｃ）に示すＣＤにおいては、ＮＡ０．４５より僅かに大きな値、または、Φ２．３７ｍｍより僅かに大きな値を表す。なお、実施例において、Ｌ＝０．６０ｍｍである。したがって、Ｌ／ｆ＝０．６０／２．５３＝０．２３７である。また、本実施例において、ΔＳＡ＝０．０５６であるので、ΔＳＡ／ｆ１＝０．０５６／２．２＝０．０２５４である。【０１００】
【表１】
2007123112.tif 000005
【０１０１】
【表２】
2007123112.tif 000006
【０１０２】
【表３】
2007123112.tif 000007
【０１０３】
【表４】
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【図６】
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【図１】
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【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７】
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【国際調査報告】
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