(57)【要約】      （修正有）【課題】複雑な機構を用いることなく低コストで、同一波長の光束を用いる２種類の高密度光ディスクと、異なる波長の光束を用いる１種類以上の光ディスクに対して、一つの対物光学素子での互換を可能とし、かつ高い光利用効率を確保する。【解決手段】対物光学素子の光学面は、同心円状の第１領域と第２領域とに分割され、前記第２領域には第２光路差付与構造が形成されており、第２光路差付与構造を通過した第２光束は、第３光ディスクの情報記録面上に集光され、第１光ディスク及び第２光ディスクの情報記録面上に集光されず、第２光路差付与構造を通過した第１光束は、第１光ディスクと第２光ディスクのうち一方の情報記録面上に集光され、他方の光ディスク及び第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、第１領域を通過した第１光束は、他方の光ディスクの情報記録面上に集光され、一方の光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されない。【選択図】図１
2009129515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１（３８０ｎｍ＜λ１＜４５０ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源と、前記第１光束及び前記第２光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物光学素子を有する集光光学系を有し、
前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第１光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第２光束を厚さｔ３（ｔ２≦ｔ３）の保護層を有する第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用いられる対物光学素子において、
前記対物光学素子の光学面は同心円状の複数の領域に分割され、前記複数の領域は、第１領域と第２領域とを有し、前記第２領域には第２光路差付与構造が形成されており、
前記第２光路差付与構造を通過した前記第２光束は、前記第３光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク及び前記第２光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第２領域を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクと前記第２光ディスクのうち一方の情報記録面上に集光され、他方の光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第１領域を通過した前記第１光束は、前記他方の光ディスクの情報記録面上に集光され、前記一方の光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されないことを特徴とする対物光学素子。
【請求項２】
波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３光源を有し、前記対物光学素子を介して、前記第３光束を厚さｔ４（ｔ３＜ｔ４）の保護層を有する第４光ディスクの情報記録面上に集光させるようになっており、
前記対物光学素子の前記第１領域には第１光路差付与構造が形成されており、
前記第１光路差付与構造を通過した前記第３光束は、前記第４光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第１光路差付与構造を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクと前記第２光ディスクのうち前記他方の情報記録面上に集光され、前記一方の光ディスク、前記第３光ディスク及び前記第４光ディスクの情報記録面上に集光されないことを特徴とする請求項１に記載の対物光学素子。
【請求項３】
前記第２光路差付与構造の光軸方向段差量及び前記第２光路差付与構造を設けた前記第２領域と、それに隣接する前記第１領域の境界における光軸方向段差量は、いずれも１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の対物光学素子。
【請求項４】
前記第２領域の母非球面形状と、それに隣接する前記第１領域の母非球面形状とは、光軸方向に最大１０μｍの範囲でシフトしていることを特徴とする請求項３に記載の対物光学素子。
【請求項５】
前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一部には、温度変化に起因して発生する球面収差を補正する温特補正用光路差付与構造を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項６】
前記対物光学素子は、前記第１領域及び前記第２領域を合わせて、３以上、１０以下の領域を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項７】
前記第２領域を通過した前記第１光束は、前記第２光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第１領域を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第２領域に設けた前記第２光路差付与構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＭとし、前記第２光路差付与構造に前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＮとしたときに、Ｍ＝２，Ｎ＝１であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項８】
前記第２領域を通過した前記第１光束は、前記第２光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第１領域を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第２領域に設けた前記第２光路差付与構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＭとし、前記第２光路差付与構造に前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＮとしたときに、Ｍ＝３，Ｎ＝２であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項９】
前記第２領域を通過した前記第１光束は、前記第２光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第１領域を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第１領域に設けた前記第１光路差付与構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｍとし、前記第１の光路差付与構造に前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎとしたときに、ｍ＝２，ｎ＝１であることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１０】
前記第２領域を通過した前記第１光束は、前記第２光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第１領域を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第１領域に設けた前記第１光路差付与構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｍとし、前記第１の光路差付与構造に前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎとしたときに、ｍ＝３，ｎ＝２であることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１１】
以下の（１）、（２）式を満たすことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の対物光学素子。
ｆ１≧（ＥＰＤ１／２ＮＡ１）        （１）
ｆ２≧（ＥＰＤ２／２ＮＡ２）        （２）
但し、
ｆ１：前記対物光学素子の前記第１光ディスクの前記情報記録面に集光する前記第１光束についての焦点距離
ＥＰＤ１：前記第１光ディスク使用時における前記対物光学素子の有効径
ＮＡ１：前記第１光ディスクの規格での必要開口数
ｆ２：前記対物光学素子の前記第２光ディスクの前記情報記録面に集光する前記第１光束についての焦点距離
ＥＰＤ２：前記第２光ディスク使用時における前記対物光学素子の有効径
ＮＡ２：前記第２光ディスクの規格での必要開口数
【請求項１２】
前記第１光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１１と、前記第２光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１２とが、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の対物光学素子。
ｍ１１＜ｍ１２                      （３）
【請求項１３】
前記第１光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１１と、前記第２光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１２とが、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１２に記載の対物光学素子。
−０．００５＜m１１＜０．００５                      （４）
m１２＞０                                            （５）
【請求項１４】
前記第１光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１１と、前記第２光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１２とが、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の対物光学素子。
−０．００５＜m１１＜０．００５                          （６）
−０．００５＜m１２＜０．００５                          （７）
【請求項１５】
前記対物光学素子の前記複数の領域は、前記第１光ディスクの記録及び／又は再生に用いる前記第１光束と、前記第２光ディスクの記録及び／又は再生に用いる前記第１光束とが共通して通過する領域を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１６】
前記対物光学素子の前記複数の領域は、前記第１領域と前記第２領域のみからなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１７】
前記対物光学素子は、単玉のレンズからなることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１８】
前記第１光束についての前記対物光学素子の前記第１光ディスクに対する焦点距離をｆ、軸上厚をｄとしたときに、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の対物光学素子。
１．１＜ｄ／ｆ＜３．０          （８）
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の対物光学素子を用いたことを特徴とする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Ｐ（Ｐ≧３）種類以上の光ディスクに対して、Ｑ（Ｐ＞Ｑ）種類の波長の光束を用い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及び対物光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４、７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２３〜２７ＧＢの情報の記録が可能であり、又、ＮＡ０．６５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＨＤ ＤＶＤ（以下、ＨＤという）では、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり１５〜２０ＧＢの情報の記録が可能である。このような光ディスクを、本明細書では高密度光ディスクと呼ぶ。
【０００３】
ところで、一方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。両方の高密度光ディスクに記録したソフトが既に市場で販売されている実情を考慮すると、いずれの高密度光ディスク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好ましい。
【０００４】
加えて、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情報記録媒体プレーヤ／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情報記録媒体プレーヤ／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又はＣＤ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。
【０００５】
これに対し、特許文献１には、回折効果を用いて同一波長の光束を振り分けることで、一つの対物光学素子でＢＤとＨＤの互換使用を可能としているピックアップ装置が記載されている。又、特許文献２には、対物光学素子の光学面に回折構造を形成して、波長の異なる光束が通過したときに発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数が同一次数となるようにすることにより、ＣＤとＤＶＤの保護基板厚の差に起因する球面収差を補正して、互換を実現する技術が開示されている。更に、特許文献３には、対物光学素子の一方の面を３つの領域に分割し、中心から奇数番目と偶数番目の領域で焦点位置が異なる対物光学素子を用いて、ＣＤとＤＶＤとに対して情報の記録／再生を行う技術が開示されている。 
【特許文献１】特開２００６−１４７０６９号公報
【特許文献２】特開２００１−１９５７６９号公報
【特許文献３】特許第３４３５２４９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、上記の特許文献１に記載された光ピックアップ装置のように、回折効果を用いてＢＤとＨＤの互換使用を実現する場合、例えば光源から回折構造を通過して一方の光ディスクへ向かう光の利用効率（ここでいう利用効率は、対物光学素子の光源側の光学面に入射した光量に対して、光ディスク上のスポットに寄与する光量の比率）が４０％（回折構造を利用した回折振り分けの場合、理論上５０％を超えない）であるとすると、光ディスクから同じ回折構造を通過して光検出器に向かう光の利用効率（ここでいう利用効率は、対物光学素子の光ディスク側の光学面に入射した光量に対して、光検出器上のスポットに寄与する光量の比率）は４０％になるから、トータルの利用効率で（ここでいう利用効率は、対物光学素子の光源側の光学面に入射した光量に対して、光検出器上のスポットに寄与する光量の比率）４０％の二乗で１６％の光しか利用できず、光源の発光強度を大幅に高める必要があり実用化は極めて困難であるといえる。
【０００７】
又、特許文献２の従来技術では、高密度光ディスクであるＢＤとＨＤについては、使用する光束の波長が同一であるにも関わらずそれぞれの保護基板の厚さが異なるため、波長差を利用して保護基板の厚さの差に基づいて発生する球面収差を補正することが困難である。従って、ＣＤとＤＶＤとの互換に比べて、一つの対物光学素子を用いてＢＤとＨＤの互換性を持たせることはより困難であった。 
【０００８】
更に、特許文献３の従来技術では、ＣＤとＤＶＤのみが考慮されており、ＢＤやＨＤについては何らの考慮もされていない。加えて、同一波長を用いる異なる光ディスクという組み合わせと異なる波長を用いる異なる光ディスクという組み合わせの両方を含む３種類以上の光ディスクの互換使用を実現することは困難であるのに対し、それを実現する技術については何ら開示されていない。
【０００９】
本発明は、上述の問題を考慮したものであり、複雑な機構を用いることなく、低コストで、同一波長の光束を用いる２種類の高密度光ディスクと、異なる波長の光束を用いる１種類以上の光ディスク（合わせて、３種類以上の光ディスク）に対して、一つの対物光学素子での互換を可能とし、しかも、高い光利用効率を確保できる対物光学素子及び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】
【００１０】
請求項１に記載の光ピックアップ装置は、波長λ１（３８０ｎｍ＜λ１＜４５０ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源と、前記第１光束及び前記第２光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物光学素子を有する集光光学系を有し、
前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第１光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第２光束を厚さｔ３（ｔ２≦ｔ３）の保護層を有する第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用いられる対物光学素子において、
前記対物光学素子の光学面は同心円状の複数の領域に分割され、前記複数の領域は、第１領域と第２領域とを有し、前記第２領域には第２光路差付与構造が形成されており、
前記第２光路差付与構造を通過した前記第２光束は、前記第３光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク及び前記第２光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第２領域を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクと前記第２光ディスクのうち一方の情報記録面上に集光され、他方の光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第１領域を通過した前記第１光束は、前記他方の光ディスクの情報記録面上に集光され、前記一方の光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されないことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、前記対物光学素子の光学面を、前記第１光ディスクに用いる領域と、前記第２光ディスクに用いる領域とに分割することで、双方の光ディスクに対して前記第１光束を振り分けることが出来、従来の回折効果による光束の振り分け技術と比べると、遙かに光の利用効率を高めることができる。加えて、前記第２領域に前記第２光路差付与構造を形成することにより、簡単な構成で、同一の波長を用いる異なる光ディスクである第１光ディスクと第２光ディスクの互換を可能にしつつ、異なる波長を用いる光ディスクである第３光ディスクの互換も実現できる。
【００１２】
請求項２に記載の対物光学素子は、請求項１に記載の発明において、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３光源を有し、前記対物光学素子を介して、前記第３光束を厚さｔ４（ｔ３＜ｔ４）の保護層を有する第４光ディスクの情報記録面上に集光させるようになっており、
前記対物光学素子の前記第１領域には第１光路差付与構造が形成されており、
前記第１光路差付与構造を通過した前記第３光束は、前記第４光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第１光路差付与構造を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクと前記第２光ディスクのうち前記他方の情報記録面上に集光され、前記一方の光ディスク、前記第３光ディスク及び前記第４光ディスクの情報記録面上に集光されないことを特徴とする。これにより一つの対物光学素子で４種類の光ディスクの互換使用を実現できる。尚、第２光路差付与構造を第２領域に設け、第１光路差付与構造を第１領域に設ける場合、前記第２領域を通過した前記第３光束は、前記第１〜４光ディスクの全てに集光しないことが望ましい。
【００１３】
請求項３に記載の対物光学素子は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第２光路差付与構造の光軸方向段差量及び前記第２光路差付与構造を設けた前記第２領域と、それに隣接する前記第１領域の境界における光軸方向段差量は、いずれも１０μｍ以下であることを特徴とする。これにより、前記対物光学素子の光学面における段差量が小さくなり、光線のケラレ等を抑制して光利用効率を高めることができると共に、離型性に優れた対物光学素子を得ることができる。
【００１４】
請求項４に記載の対物光学素子は、請求項３に記載の発明において、前記第２領域の母非球面形状と、それに隣接する前記第１領域の母非球面形状とは、光軸方向に最大１０μｍの範囲でシフトしていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の対物光学素子は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一部には、温度変化に起因して発生する球面収差を補正する温特補正用光路差付与構造を設けたことを特徴とする。これにより、前記対物光学素子をプラスチック製とした場合における温度変化に起因する屈折率変化に基づく球面収差の発生を抑制できる。
【００１６】
請求項６に記載の対物光学素子は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第１領域及び前記第２領域を合わせて、３以上、１０以下の領域を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の対物光学素子は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記第２領域を通過した前記第１光束は、前記第２光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、前記第１領域を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、前記第２領域に設けた前記第２光路差付与構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＭとし、前記第２光路差付与構造に前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＮとしたときに、Ｍ＝２，Ｎ＝１であることを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の対物光学素子は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記第２領域を通過した前記第１光束は、前記第２光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、前記第１領域を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、前記第２領域に設けた前記第２光路差付与構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＭとし、前記第２光路差付与構造に前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＮとしたときに、Ｍ＝３，Ｎ＝２であることを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の対物光学素子は、請求項２〜８のいずれかに記載の発明において、前記第２領域を通過した前記第１光束は、前記第２光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、前記第１領域を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、前記第１領域に設けた前記第１光路差付与構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｍとし、前記第１の光路差付与構造に前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎとしたときに、ｍ＝２，ｎ＝１であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に記載の対物光学素子は、請求項２〜８のいずれかに記載の発明において、前記第２領域を通過した前記第１光束は、前記第２光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第１光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、前記第１領域を通過した前記第１光束は、前記第１光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの情報記録面上に集光されず、前記第１領域に設けた前記第１光路差付与構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｍとし、前記第１の光路差付与構造に前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎとしたときに、ｍ＝３，ｎ＝２であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に記載の対物光学素子は、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明において、以下の（１）、（２）式を満たすことを特徴とする。
ｆ１≧（ＥＰＤ１／２ＮＡ１）        （１）
ｆ２≧（ＥＰＤ２／２ＮＡ２）        （２）
但し、
ｆ１：前記対物光学素子の前記第１光ディスクの前記情報記録面に集光する前記第１光束についての焦点距離
ＥＰＤ１：前記第１光ディスク使用時における前記対物光学素子の有効径
ＮＡ１：前記第１光ディスクの規格での必要開口数
ｆ２：前記対物光学素子の前記第２光ディスクの前記情報記録面に集光する前記第１光束についての焦点距離
ＥＰＤ２：前記第２光ディスク使用時における前記対物光学素子の有効径
ＮＡ２：前記第２光ディスクの規格での必要開口数
【００２２】
尚、条件式（２）において、ｆ２＞（ＥＰＤ２／２ＮＡ２）を満たすようにすると、以下の観点でより好ましい。光ピックアップ装置用の対物光学素子における焦点距離をｆ、有効径をＥＰＤ、ある光ディスクに対する必要開口数をＮＡとすると、
ｆ＝（ＥＰＤ／２ＮＡ）        （０）
を満たすように対物光学素子を設計することが、一般的な技術常識とされている。本発明者らは、かかる技術常識に則り、ＢＤ用の光学面領域とＨＤ用の光学面領域とを分割して設けた対物光学素子について、以下の式（１０）、（２０）を満たすように設計を行った。その結果、回折効果を用いる場合に比べて光利用効率を高める事はできたのだが、光ディスクに対する対物光学素子のチルト誤差の許容範囲が狭くなってしまうことがわかった。更に、本発明者が検討を行ったところ、その理由が、集光スポットが絞られすぎることによるものであることが判明した。チルト誤差の許容範囲を狭めているのが絞られすぎた集光スポットにあることを本発明者が発見した事が、条件式（１）、（２）という構成につながった。
ｆＢＤ＝（ＥＰＤＢＤ／２ＮＡＢＤ）        （１０）
ｆＨＤ＝（ＥＰＤＨＤ／２ＮＡＨＤ）        （２０）
【００２３】
本発明者らは、ＢＤ用の領域を通過する光束はＨＤには用いられず、ＨＤ用の領域を通過する光束はＢＤに用いられないことから、いわゆる超解像現象が発生し、実際上の対物光学素子の像側開口数が大きくなるために集光スポットが絞られすぎるということに思い至った。いわゆる超解像現象が発生した場合には、（１０）、（２０）式の関係を満たすようにしても、設計通りの光学特性を得られなくなるからである。そこで、本発明者らは、ＢＤ用の光学面領域とＨＤ用の光学面領域とを分割して設けた対物光学素子において、予め像側開口数が小さくなるように設計し、これを用いて、ＢＤの情報記録面又はＨＤの情報記録面に集光スポットを形成しようと試みた。即ち、形式上、像側開口数を小さくし、いわゆる超解像現象が発生した場合でも、適正な径の集光スポットが形成でき、光ディスクに対する対物光学素子のチルト誤差の許容範囲を保つようにしたのである。
【００２４】
ここで、どのようにして、形式上、像側開口数を小さくするかという問題が残る。像側開口数を変更するためには、有効径か焦点距離の少なくとも一方を変更する必要がある。しかるに、有効径を変更すると、光ピックアップ装置の光源とコリメートレンズとの関係までも全体的に変更しなくてはならず、大がかりな変更となってしまい、ピックアップメーカーにとって好ましい変更ではない。又、対物光学素子の有効径を変更することは、光ピックアップ装置における対物光学素子の周辺スペースの問題から容易ではない。これに対し、焦点距離は対物光学素子の設計変更だけで比較的容易に変えることができ、ピックアップメーカーも対応が比較的容易である。そこで、本発明者らは、焦点距離を変更し、（１），（２）式を満たすことによって、像側開口数を小さくすることが好ましい事をも見出したのである。
【００２５】
しかも、（１）、（２）式を満たすことによって、ワーキングディスタンスが大きくなるというメリットも得られる。このメリットは、透明基板の厚さが厚いＨＤ使用時に特に有利となる。
【００２６】
この様に、条件式（１）、（２）を満たすことにより、ＢＤとＨＤの互換および更にもう一つの光ディスクとの互換を一つの光学系で可能とする対物光学素子において、Ａ）高い光利用効率を得、Ｂ）光ディスクに対する対物光学素子のチルト誤差の許容範囲を保て、Ｃ）対物光学素子の有効径を維持する事により、ピックアップメーカーの設計許容度を増やし、しかも、Ｄ）ワーキングディスタンスを伸ばすことができる、という４つの効果を一度に得る事を可能とするものである。
【００２７】
請求項１２に記載の対物光学素子は、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記第１光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１１と、前記第２光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１２とが、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｍ１１＜ｍ１２                      （３）
【００２８】
青紫色半導体レーザの射出光のファーフィールドパターン、各々の光ディスク用の対物光学素子の開口数や焦点距離、光検出器のセンサーサイズ等から、各々の光ディスク用に対して最適な往路光学系倍率が決まっているため、ＢＤの往路光学系倍率よりもＨＤの往路光学系倍率のほうが小さい場合が一般的である。
【００２９】
また、光ピックアップ装置では、光源や各光学素子の取り付け誤差により対物光学素子に対して軸外光束が入射することがある。このとき、対物光学素子の正弦条件違反量が大きいと、軸外光束入射により集光スポットにコマ収差が発生することになり、光ディスクに対する記録／再生特性が悪化する恐れがある。そのため、対物光学素子の設計においては球面収差の補正の他に正弦条件の補正が重要となるが、正弦条件は、１つの倍率と１つの保護層の組み合わせに対してのみ補正することが可能であるため、第１光ディスクと第２光ディスクの各々を同じ倍率で設計した場合には、第１光ディスクと第２光ディスクの各々との両方の正弦条件を良好に補正することは困難である。そのため、光源や各光学素子の取り付け誤差に対する公差が厳しくなり、光ピックアップ装置の製造歩留まりが悪化する可能性がある。
【００３０】
条件式（３）を満たすことにより、同一の光束を用いるＢＤとＨＤの一つの対物光学素子での互換を可能としつつも、ＢＤの往路光学系倍率よりもＨＤの光学系倍率のほうが小さく、また、それらの差を十分大きく確保でき、さらには軸外光束が入射した場合でも集光スポットのコマ収差が十分小さい光ピックアップ装置及び対物光学素子を提供することが可能となる。  
【００３１】
請求項１３に記載の対物光学素子は、請求項１２に記載の発明において、前記第１光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１１と、前記第２光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１２とが、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
−０．００５＜m１１＜０．００５                      （４）
m１２＞０                                            （５）
【００３２】
請求項１４に記載の対物光学素子は、請求項１〜１２のいずれかに記載の発明において、前記第１光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１１と、前記第２光ディスクの記録及び／又は再生時の、前記第１光束の前記対物光学素子の倍率ｍ１２とが、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
−０．００５＜m１１＜０．００５                          （６）
−０．００５＜m１２＜０．００５                          （７）
【００３３】
これを満たすことにより、ＢＤにおいてもＨＤにおいても良好なトラッキング特性を保つことが可能となる。
【００３４】
請求項１５に記載の対物光学素子は、請求項１〜１４のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子の前記複数の領域は、前記第１光ディスクの記録及び／又は再生に用いる前記第１光束と、前記第２光ディスクの記録及び／又は再生に用いる前記第１光束とが共通して通過する領域を有することを特徴とする。
【００３５】
請求項１６に記載の対物光学素子は、請求項１〜１４のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子の前記複数の領域は、前記第１領域と前記第２領域のみからなることを特徴とする。
【００３６】
請求項１７に記載の対物光学素子は、請求項１〜１６のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子は、単玉のレンズからなることを特徴とする。
【００３７】
請求項１８に記載の対物光学素子は、請求項１７に記載の発明において、前記第１光束についての前記対物光学素子の前記第１光ディスクに対する焦点距離をｆ、軸上厚をｄとしたときに、以下の式を満たすことを特徴とする。
１．１＜ｄ／ｆ＜３．０          （８）
【００３８】
請求項１９に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜１８のいずれかに記載の対物光学素子を用いたことを特徴とする。
【００３９】
本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも第１光ディスク、第２光ディスク及び第３光ディスクに対して情報の記録／再生を行うものである。光ピックアップ装置は、少なくとも異なる波長の光束を出射する第１光源と第２光源を有する。さらに、光ピックアップ装置は、第１光束を第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、第１光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、第２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、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。このときの第１光ディスクはＢＤ、第２光ディスクはＨＤである事が好ましく、第３光ディスクはＤＶＤ又はＣＤであることが好ましいが、これに限られない。
【００４０】
光ピックアップ装置が、第１光ディスク、第２光ディスク及び第３光ディスクに加えて、第４光ディスクの記録／再生を行う装置である場合は、第１光源及び第２光源の他に、第３光源を有してもよい。光ピックアップ装置が、第１光ディスク、第２光ディスク及び第３光ディスクに加えて、第４光ディスクの記録／再生を行う装置である場合は、集光光学系は、第３光源からの第３光束を第４光ディスクの情報記録面上に集光させる。また、光ピックアップ装置が、第１光ディスク、第２光ディスク及び第３光ディスクに加えて、第４光ディスクの記録／再生を行う装置である場合は、第４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してもよい。このときの第１光ディスクはＢＤ、第２光ディスクはＨＤ、第３光ディスクはＤＶＤそして第４光ディスクはＣＤであることが好ましいが、これに限られない。
【００４１】
即ち、本発明は、少なくともＢＤ／ＨＤ／ＤＶＤの３互換を可能にする対物光学素子及び光ピックアップ装置、ＢＤ／ＨＤ／ＣＤの３互換を可能にする対物光学素子及び光ピックアップ装置、並びにＢＤ／ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤの４互換を可能にする対物光学素子及び光ピックアップ装置を含むものである。
【００４２】
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１光ディスクと第２光ディスクは、記録／再生に用いられる光束の波長が同じである。第１光ディスクがＢＤであり、第２光ディスクがＨＤであることが好ましいが、これに限られるものではない。第３光ディスクや第４光ディスクを用いる場合、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４光ディスクは、厚さがｔ４（ｔ３＜ｔ４）の保護基板と情報記録面とを有する。第３光ディスクがＤＶＤであり、第４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。なお、第１光ディスク、第２光ディスク、第３光ディスク又は第４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。
【００４３】
ＢＤは、ＮＡ０．８５の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．１ｍｍ程度である。また、ＨＤは、ＮＡ０．６５乃至０．６７の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度である。更に、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物光学素子により情報の記録／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程度の対物光学素子により情報の記録／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、ＢＤの記録密度が最も高く、次いでＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。
【００４４】
なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の条件式（９）、（１０）、（１１）を満たすことが好ましいが、これに限られない。
【００４５】
０．０７５０ｍｍ≦ｔ１≦０．１１２５ｍｍ        （９）
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ                    （１０）
０．５ｍｍ≦ｔ３≦０．７ｍｍ  又は  １．０ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ                    （１１）
【００４６】
なお、第４光ディスクも用いる場合は、ｔ３、ｔ４に関しては、以下の条件式（１１‘）、（１２）を満たすことが好ましいが、これに限られない。
【００４７】
０．５ｍｍ≦ｔ３≦０．７ｍｍ                    （１１‘）
１．０ｍｍ≦ｔ４≦１．３ｍｍ                    （１２）
【００４８】
本明細書において、第１光源、第２光源又は第３光源などの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。
【００４９】
また、第１光ディスクとしてＢＤを用い、第２光ディスクとしてＨＤを用いる場合、第１光源から射出される第１光束の波長λ１は、３８０ｎｍ以上、４５０ｎｍ以下であることが好ましい。また、第３光ディスクとしてＤＶＤを用い、第４光ディスクとしてＣＤを用いる場合、第２光源から射出される第２光束の波長λ２は好ましくは６３０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下であって、第３光源から射出される第３光束の波長λ３は好ましくは、７６０ｎｍ以上、８２０ｎｍ以下である。尚、第３光ディスクとしてＣＤを用いる場合は、第２光源から射出される第２光束の波長λ２は好ましくは７６０ｎｍ以上、８２０ｎｍ以下となる。
【００５０】
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光学素子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部を有していてもよい。
【００５１】
集光光学系は、対物光学素子を有する。対物光学素子は、第１光束を第１光ディスクの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光し、第１光束を第２光ディスクの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光し、第２光束を第３光ディスクの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光する。また、第４光ディスクも用いる場合は、第３光束を第４光ディスクの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光する。集光光学系は、対物光学素子のみを有していても良いが、対物光学素子の他にコリメートレンズ等のカップリングレンズやビームエキスパンダーを有していてもよい。カップリングレンズとは、対物光学素子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。ビームエキスパンダーとは、対物光学素子と光源の間に配置され、光束の発散角は変えず、光束の径を変えるレンズ群のことをいう。また、コリメートレンズは、カップリングレンズの一種であって、コリメートレンズに入射した光束を平行光に変えるレンズをいう。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。また、第１光ディスク、第２光ディスク、第３光ディスク用の対物光学素子が、第４光ディスク用の対物光学素子を兼ねるようにしてもよい。
【００５２】
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が装填された状態で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位可能とされた光学系を指す。対物光学素子は、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。好ましくは、単玉のレンズである。また、対物光学素子は、ガラスレンズであってもプラスチックレンズであっても、又は、ガラスレンズ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レンズであってもよい。対物光学素子が複数のレンズを有する場合は、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。対物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の組み合わせであってもよい。また、対物光学素子は、光路差付与構造を有していてもよい。また、対物光学素子は屈折面が非球面であることが好ましい。
【００５３】
また、対物光学素子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、対物光学素子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。
【００５４】
第１光ディスクに対して情報を記録／再生ができるようにするために必要な規格上の開口数をＮＡ１とし、第２光ディスクに対して情報を記録／再生ができるようにするために必要な規格上の開口数をＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）とし、第３光ディスクに対して情報を記録／再生ができるようにするために必要な規格上の開口数をＮＡ３（ＮＡ２≧ＮＡ３）とする。ＮＡ１は、０．８以上、０．９以下であることが好ましい。より好ましくはＮＡ１は０．８５である。ＮＡ２は、０．５５以上、０．７以下であることが好ましい。より好ましくはＮＡ２は０．６５である。ＮＡ３は、０．５５以上、０．７以下、又は、０．４以上、０．５５以下であることが好ましい。より好ましくは、ＮＡ３は０．６５又は０．４５である。
【００５５】
第４光ディスクも用いる場合は、第４光ディスクに対して情報を記録／再生ができるようにするために必要な規格上の開口数をＮＡ４（ＮＡ３>ＮＡ４）とする。この場合、ＮＡ３は、０．５５以上、０．７以下であることが好ましい。より好ましくは、ＮＡ３は０．６５である。また、ＮＡ４は、０．４以上、０．５５以下であることが好ましい。より好ましくは、ＮＡ４は０．４５である。
【００５６】
対物光学素子の光学面は同心円状の複数の領域に分割され、複数の領域は、第１領域と第２領域とを有している。尚、ある領域を通過する光束がどの光ディスクの情報記録面上に集光するかによって領域の境界を定めることができる。例えば、ある領域においては、当該領域を通過した第１光束を第１光ディスクの情報記録面に集光し、それ以外の光束はいかなる光ディスクの情報記録面にも集光せず、隣接するある領域を通過した第１光束を第２光ディスクの情報記録面に集光し、同領域を通過した第２光束を第３光ディスクの情報記録面に集光するような場合、これらの領域は異なる領域である。またある段差よりも光軸より近い領域を通過した第１光束を第１光ディスクに集光し、それ以外の光束はいかなる光ディスクの情報記録面上に集光せず、当該段差を介して隣接する領域を通過した第１光束も第１光ディスクに集光し、それ以外の光束はいかなる光ディスクの情報記録面上に集光しない場合、これらの領域は同じ領域である。第１領域と第２領域とは、対物光学素子の光学面上の第１領域と第２領域において、明確な構造の差異を設けてもよい。一方、対物光学素子に構成上明確な領域を設けずに、便宜上の領域としてもよい。例えば、第１領域と第２領域の境界に段差を設けるようにしたり、境界で非球面形状を変えるようにしてもよい。
【００５７】
第２領域を通過した第１光束は、第１光ディスクと第２光ディスクのうち一方の情報記録面上に集光され、他方の光ディスクの情報記録面上に集光されず、第１領域を通過した第１光束は、他方の光ディスクの情報記録面上に集光され、一方の光ディスクの情報記録面上に集光されない。対物光学素子は、単一の第１領域及び／又は単一の第２領域を有していてもよく、また、複数の第１領域及び／又は複数の第２領域を有していてもよい。  
【００５８】
一例としては、対物光学素子の第１領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの記録／再生に用いられ、第２光ディスクの記録／再生には用いられず、第２領域を通過した第１光束は、第２光ディスクの記録／再生に用いられ、第１光ディスクの記録／再生には用いられない、という態様が考えられる。即ち、第１領域が第１光ディスク用の領域であり、第２領域が第２光ディスク用の領域である態様である。別の例としては、対物光学素子の第１領域を通過した第１光束は、第２光ディスクの記録／再生に用いられ、第１光ディスクの記録／再生には用いられず、第２領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの記録／再生に用いられ、第２光ディスクの記録／再生には用いられない、という態様もあり得る。即ち、第１領域が第２光ディスク用の領域であり、第２領域が第１光ディスク用の領域である態様である。
【００５９】
また、少なくとも一つの第２領域は、第２光路差付与構造を有する。対物光学素子が複数の第２領域を有する場合、一つの第２領域のみが第２光路差付与構造を有していてもよいし、複数の第２領域が第２光路差付与構造を有していてもよい。第２光路差付与構造は、第３光ディスク（好ましくはＤＶＤ又はＣＤ）の互換用の構造であり、第２光路差付与構造を通過した第２光束は、第３光ディスクの記録／再生に用いられ、第３光ディスクの情報記録面上に集光される。また、第２光路差付与構造を通過した第１光束は、第１光ディスク又は第２光ディスクの情報記録面上に集光される。
【００６０】
また、第２光路差付与構造を、第３光ディスク（好ましくはＤＶＤ）及び第４光ディスク（好ましくはＣＤ）の互換用の構造としてもよい。この場合、第２光路差付与構造を通過した第２光束は、第３光ディスクの記録／再生に用いられ、第３光ディスクの情報記録面上に集光され、第２光路差付与構造を通過した第３光束は、第４光ディスクの記録／再生に用いられ、第４光ディスクの情報記録面上に集光される。なお、複数の第２領域が第２光路差付与構造を有する場合、ある第２光路差付与構造は、第３光ディスクとの互換用であり、別の第２光路差付与構造は、第３光ディスク及び第４光ディスクとの互換用であってもよい。この場合、複数の基礎構造を重畳する事により、第２光路差付与構造を得るようにしても良い。尚、基礎構造とは、当該構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＭとし、当該構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＮとし、該構造に第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＯとしたときに、Ｍ，Ｎ，Ｏを整数で表すことができる構造をいう。
【００６１】
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。ＮＰＳ構造も光路差付与構造の一種と捉えることができる。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、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。段差は、光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。
【００６２】
また、少なくとも１つの第２領域が第２光路差付与構造を有することに加えて、少なくとも一つの第１領域が、第１光路差付与構造を有するようにしてもよい。対物光学素子が複数の第１領域を有する場合、一つの第１領域のみが第１光路差付与構造を有していてもよいし、複数の第１領域が第１光路差付与構造を有していてもよい。第２光路差付与構造に加えて、第１光路差付与構造を有する場合、好ましくは、第２光路差付与構造を第３光ディスク（好ましくはＤＶＤ）の互換用の構造とし、第１光路差付与構造を第４光ディスク（好ましくはＣＤ）の互換用の構造とすることである。第１光路差付与構造を通過した第３光束は、第４光ディスクの記録／再生に用いられ、第４光ディスクの情報記録面上に集光される。また、第１光路差付与構造を通過した第１光束は、第１光ディスク又は第２光ディスクの情報記録面上に集光される。
【００６３】
また、第１光路差付与構造を、第３光ディスク（好ましくはＤＶＤ）及び第４光ディスク（好ましくはＣＤ）の互換用の構造としてもよい。この場合、第１光路差付与構造を通過した第２光束は、第３光ディスクの記録／再生に用いられ、第３光ディスクの情報記録面上に集光され、第１光路差付与構造を通過した第３光束は、第４光ディスクの記録／再生に用いられ、第４光ディスクの情報記録面上に集光される。なお、複数の第１領域が第１光路差付与構造を有する場合、ある第１光路差付与構造は、第３光ディスクとの互換用であり、別の第１光路差付与構造は、第３光ディスク及び第４光ディスクとの互換用であってもよい。この場合、複数の基礎構造を重畳する事により、第２光路差付与構造を得るようにしても良い。
【００６４】
本明細書で言う、「集光される」とは、対物光学素子を通過した光束が、光ディスクの情報記録面上で、情報の記録／再生が可能なほどに収差が非常に小さくなることをいい、「集光されない」とは、光ディスクの情報記録面上で、情報の記録／再生ができないほどに収差が大きくなることをいう。
【００６５】
第１領域と第２領域は、一方が非球面屈折面で、他方に光路差付与構造が設けられていてもよいし、双方に光路差付与構造が設けられていても良い。また、対物光学素子の複数の領域は、第１領域と第２領域のみからなることが好ましいが、通過した第１光束が第１光ディスクと第２光ディスクの何れにも集光する共用領域を有していても良い。また、第１領域と第２領域は交互に設けられていることが好ましいが、これに限られない。光軸を含む最も中心の領域は、第１領域であっても、第２領域であってもよい。例えば、図１は、光軸を含む最も中央の領域が非球面屈折面である第１領域ＢＡであり、その周囲に第２光路差付与構造を有する第２領域ＨＡがあり、更にその周囲に非球面屈折面である第１領域ＢＡ２がある。
【００６６】
ここで、本発明の態様の例を幾つかより具体的に例示する。以下の第１の例と第３の例においては、対物光学素子の第１領域を通過した第１光束は、ＢＤの記録／再生に用いられ、ＨＤの記録／再生には用いられず、第２領域を通過した第１光束は、ＨＤの記録／再生に用いられ、ＢＤの記録／再生には用いられない。一方、第２の例においては、対物光学素子の第１領域を通過した第１光束は、ＢＤの記録／再生に用いられず、ＨＤの記録／再生には用いられ、第２領域を通過した第１光束は、ＨＤの記録／再生に用いられず、ＢＤの記録／再生には用いられる。
【００６７】
第１の例は、図１２に示す例である。この例においては、対物光学素子ＯＢＪは、第１領域ＢＡ１と第２領域ＨＡ１と第１領域ＢＡ２と３つの領域を有しており、第２領域ＨＡ１が第２光路差付与構造を有している。第１領域ＢＡ１と第１領域ＢＡ２を通過した第１光束は、ＢＤの情報記録面上で集光し、ＨＤの情報記録面上では集光しない。一方、第２領域ＨＡ１を通過した第１光束は、ＨＤの情報記録面上で集光し、ＢＤの情報記録面上では集光しない。また、第２光路差付与構造を有する第２領域ＨＡ１を通過した第２光束は、第１光束とは異なる波長の色収差を利用し、ＤＶＤの情報記録面上に集光する。
【００６８】
第２の例は、図１３に示す例である。この例においては、対物光学素子ＯＢＪは、第２領域ＢＡ１と第１領域ＨＡ１と第２領域ＢＡ２と３つの領域を有しており、第２領域ＢＡ１が第２光路差付与構造を有している。第２領域ＢＡ１と第２領域ＢＡ２を通過した第１光束は、ＢＤの情報記録面上で集光し、ＨＤの情報記録面上では集光しない。一方、第１領域ＨＡ１を通過した第１光束は、ＨＤの情報記録面上で集光し、ＢＤの情報記録面上では集光しない。また、第２光路差付与構造を有する第２領域ＢＡ１を通過した第２光束は、第１光束とは異なる波長の色収差を利用し、ＣＤの情報記録面上に集光する。
【００６９】
第３の例は、図１４に示す例である。この例においては、対物光学素子ＯＢＪは、第１領域ＢＡ１と第２領域ＨＡ１と第１領域ＢＡ２と３つの領域を有しており、第１領域ＢＡ１が第１光路差付与構造を有し、第２領域ＨＡ１が第２光路差付与構造を有している。第１領域ＢＡ１と第１領域ＢＡ２を通過した第１光束は、ＢＤの情報記録面上で集光し、ＨＤの情報記録面上では集光しない。一方、第２領域ＨＡ１を通過した第１光束は、ＨＤの情報記録面上で集光し、ＢＤの情報記録面上では集光しない。また、第１光路差付与構造を有する第１領域ＢＡ１及び第２光路差付与構造を有する第２領域ＨＡ１を通過した第２光束は、第１光束とは異なる波長の色収差を利用し、ＤＶＤの情報記録面上に集光する。また、第１光路差付与構造を有する第１領域ＢＡ１を通過した第３光束は、第１光束とは異なる波長の色収差を利用し、ＣＤの情報記録面上に集光する。このとき、複数の基礎構造を重畳して第１光路差付与構造を形成するようにしてもよい。
【００７０】
また、対物光学素子の製造を容易にするという観点から、第１領域と第２領域とを合わせた領域の数が、３以上、１０以下であることが好ましい。このとき、光路差付与構造の一つ一つの輪帯を一つの領域とは数えない。領域数を３とする場合、例えば、図１に示すような、光軸を含む最も中央の領域を第１領域ＢＡ１とし、その周りを第２領域ＨＡ、更にその周りの最外周の領域を第１領域ＢＡ２とする例などが考えられる。尚、本発明者は、鋭意研究の結果、スポットのサイドロープを小さくし、しかも、対物光学素子の製造を容易にするという観点からは、第１領域と第２領域とを合わせた領域数を５以上、１０以下とすることが好ましいことを見出した。更に好ましくは、領域数を６以上、１０以下とすることである。尚、対物光学素子が、光源側の第１光学素子と光ディスク側の第２光学素子とを有する場合にも、上記の好ましい領域数の範囲を適用可能である。
【００７１】
次に、第１領域を通過した第１光束を第１光ディスクに使用し、第２領域を通過した第１光束を第２光ディスクに使用する場合、第２光ディスクの記録／再生を行う際に、第１領域を通過した光束が、デフォーカスエリアにかぶらないようにするために、第１領域を通過した光束が、第２光ディスクの情報記録面上でフレアになるような対物光学素子であることが好ましい。尚、具体的に「フレアにする」とは、第２光ディスクの情報記録面上で第１領域を通過した光がドーナツ型領域に分布することをいう。特に、第１光ディスクがＢＤであって、第２光ディスクがＨＤである場合、そのドーナツ型領域の内径をΦ０．０３０ｍｍ以上となるようにすることが好ましい。複数のドーナツ型領域となる場合には、各ドーナツ型領域の内径のうち、最も小さい径がΦ０．０３０ｍｍ以上であることが好ましい。また、第１光ディスクがＢＤであって、第２光ディスクがＨＤである場合に、良好なフレアを発生させるためには、第１光ディスク（ＢＤ）における対物光学素子のワーキングディスタンス（ＷＤBD）と、第２光ディスク（ＨＤ）における対物光学素子のワーキングディスタンス（ＷＤHD）との差の値を（ＷＤBD−ＷＤHD）、−０．３６（ｍｍ）以上、０．１７（ｍｍ）以下とすることが好ましい。より好ましくは、−０．１０（ｍｍ）以上、０．１５（ｍｍ）以下とすることである。別の観点からは、以下の条件式（１３）を満たすことが好ましい。
２・ｆ１・NA１´> ２・ｆ２・NA２´               （１３）
尚、ｆ１は第１光束における対物光学素子の第１光ディスク用の領域の焦点距離、ｆ２は第１光束における対物光学素子の第２光ディスク用の領域の焦点距離、ＮＡ１´は規格上の第１光ディスク用の領域の最大開口数、ＮＡ２´は規格上の第２光ディスク用の領域の最大開口数を示す。尚、後述するような、対物光学素子が、光源側の第１光学素子と光ディスク側の第２光学素子とを有する場合にも、上記のフレアを発生させる好ましい条件を適用可能である。
【００７２】
また、適切なスポット径を得るためには、以下の条件を満たすことが好ましい。尚、以下の条件は、対物光学素子が単玉レンズである場合に限らず、対物光学素子が、光源側の第１光学素子と光ディスク側の第２光学素子とを有する場合にも、以下の条件を適用可能である。
【００７３】
先ず、光軸を含む最も中心に近い領域が第２光ディスク用の領域である場合は、第１光ディスク用の領域の最大像側開口数が、ＮＡ１よりも小さい事が好ましい。また、第１領域の最大有効径を、２・ｆ１・ＮＡ１より小さくすることが好ましい。尚、ｆ１とは、第１光束における対物光学素子の第１光ディスク用の領域の焦点距離であり、ＮＡ１は、第１光ディスクの記録／再生に必要と規格で定められている像側開口数を示す。例えば、第１光ディスクがＢＤであって、第２光ディスクがＨＤである場合、スポットを絞らせすぎず、第１光ディスク専用の屈折レンズと同じスポット径を得るためには、第１光ディスク用の領域の最大像側開口数が、０．８５よりも小さい事が好ましい。また、第１光ディスク用の領域の最大有効径を、２・ｆ１・０．８５より小さくすることが好ましい。
【００７４】
次に、光軸を含む最も中心に近い領域が第１光ディスク用の領域である場合は、第２光ディスク用の領域の最大像側開口数が、ＮＡ２よりも小さい事が好ましい。また、第２光ディスク用の領域の最大有効径を、２・ｆ２・ＮＡ２より小さくすることが好ましい。尚、ｆ２とは、第１光束における対物光学素子の第２光ディスク用の領域の焦点距離であり、ＮＡ２は、第２光ディスクの記録／再生に必要と規格で定められている像側開口数を示す。例えば、第１光ディスクがＢＤであって、第２光ディスクがＨＤである場合、スポットを絞らせすぎず、第２光ディスク専用の屈折レンズと同じスポット径を得るためには、第２光ディスク用の領域の最大像側開口数が、０．６５よりも小さい事が好ましい。また、第２光ディスク用の領域の最大有効径を、２・ｆ２・０．６５より小さくすることが好ましい。
【００７５】
また、以下の（１）、（２）式を満たすことが好ましい。
ｆ１≧（ＥＰＤ１／２ＮＡ１）        （１）
ｆ２≧（ＥＰＤ２／２ＮＡ２）        （２）
尚、ｆ１は、対物光学素子の第１光ディスク用の領域を通過した第１光束についての焦点距離を表し、ＥＰＤ１は、第１光ディスク使用時における対物光学素子の有効径を表し、ＮＡ１は、第１光ディスクの規格での必要開口数を表し、ｆ２は、対物光学素子の第２光ディスク用の領域を通過した第１光束についての焦点距離を表し、ＥＰＤ２は、第２光ディスク使用時における対物光学素子の有効径を表し、ＮＡ２は、第２光ディスクの規格での必要開口数を表す。
【００７６】
さらに、条件式（２）がｆ２＞（ＥＰＤ２／２ＮＡ２）となる場合、高い光利用効率を得られ、光ディスクに対する対物光学素子のチルト誤差の許容範囲を保て、対物光学素子の有効径を維持する事により、ピックアップメーカーの設計許容度を増やし、しかも、ワーキングディスタンスを伸ばすことができるため好ましい。
【００７７】
好ましい一態様として、第１領域又は第２領域に、温度変化に起因して発生する球面収差を補正する温特補正用光路差付与構造を設けたものが挙げられる。温特補正用光路差付与構造が設けられる領域は、第１光ディスク用の領域であると好ましい。この態様は、ＮＡが大きな第１光ディスクの記録／再生において、温度変化が発生しても安定して記録／再生を行うことができ、しかも光学面に大きな段差がないため、製造がしやすく、更に、光量のロスを低減でき、光量の増加を可能とする。尚、温度変化に起因して発生する球面収差とは、対物光学素子の温度変化に起因した屈折率変化に基づく球面収差と、温度変化に基づく光源の波長変化に基づく球面収差のいずれかのみの場合も、共に含む場合の、何れも含むものとする。
【００７８】
また、単玉の対物光学素子を薄型化すると言う観点からは、対物光学素子の光学面表面に段差を設け、その段差はその段差を境とする光軸に近い側の領域が遠い側の領域よりも光路が短くなる段差であることが望ましい。例えば、図２に示す例は、図１に示す対物光学素子に対し、中央の領域である第１領域において対物光学素子を薄型化する段差をさらに設けた例である。尚、このような段差を設けた場合でも球面収差と、正弦条件が必要な程度に補正されていることが望ましい。
【００７９】
図２に示す例に限らず、第１領域と第２領域との間の段差が、薄型化に寄与する段差であっても良い。また対物光学素子がプラスチックからなるので、プラスチックの温度変化で生じる球面収差変化を、温度変化に伴うレーザ発振波長の変化によって補うような回折作用を生じる段差であると好ましい。
【００８０】
対物光学素子の光学面に設けられたすべての段差の、光軸方向の符号込みの長さの和Δ（符号は、各段差の光軸に近い側の領域が遠い側の領域よりも光路が短くなる場合を正とする）は以下の条件式（１４）を満たすことが望ましい。
０．１ｍｍ  ≦  Δ  ≦  １．０ｍｍ            （１４）
下限以上であると薄型化の効果が大きく、上限以下であると、薄型化しながら正弦条件を必要な程度に補正することが出来る。尚、「符号込みの長さの和」とは、正の長さの値と、負の長さの値が共に存在していた場合、それらをそのまま足すことをいう。例えば、正の長さの値が＋１であって、負の長さの値が−０．５であった場合は、（＋１）＋（−０．５）＝＋０．５、即ち、＋０．５が「符号込みの長さの和」である。
【００８１】
また、第１光路差付与構造及び／又は第２光路差付与構造を設けることにより、第１領域と第２領域の境界での段差の光軸方向の段差量を低減させるようにしても良い。例えば、第１光路差付与構造及び／又は第２光路差付与構造を設けることにより、当該光路差付与構造を設けた領域とそれに隣接する領域との境界における光軸方向段差量を１０μｍ以下（より好ましくは５μｍ以下）にできるようにする事が好ましい。また、第１光路差付与構造及び／又は第２光路差付与構造自体の段差量も１０μｍ以下（より好ましくは５μｍ以下）に押さえることが好ましい。更に好ましくは、対物光学素子の全ての段差量を１０μｍ以下（より好ましくは５μｍ以下）とする事が好ましい。尚、第２領域の母非球面形状と第１領域の母非球面形状とは光軸方向に最大１０μｍの範囲でシフトしていることが好ましい。尚、対物光学素子の光軸方向段差量とは、図３に示すようなａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの長さをいい、この場合、第１領域と第２領域の境界における段差量はａ，ｅであり、光路差付与構造の段差量はｂ、ｃ、ｄとなる。
【００８２】
好ましくは、第１領域が第１光ディスク用の領域であり、第２領域が第２光ディスク用の領域である場合に、第２光路差付与構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＭとし、第１の光路差付与構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＮとしたときに、Ｍ＝２，Ｎ＝１、又はＭ＝３，Ｎ＝２であると好ましい。一方、第１領域が第１光ディスク用の領域であり、第２領域が第２光ディスク用の領域である場合に、第１光路差付与構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｍとし、第１の光路差付与構造に第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎとしたときに、ｍ＝２，ｎ＝１、又はｍ＝３，ｎ＝２であると好ましい。
【００８３】
尚、以下の条件式を満たすことが好ましい。
＋０．０００４５≦δＳＡＴ１／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００２７
但し、δＳＡＴ１は、第１光束の使用波長（波長変動なし）における第１光ディスクの記録／再生を行う際の前記対物光学素子のδＳＡ３／δＴ、即ち、第１光束の使用波長（波長変動なし）における第１光ディスクの記録／再生を行う際の対物光学素子の３次球面収差の温度変化率を指し、ｆは、第１光ディスク用の領域における第１光束における対物光学素子の焦点距離を指す。
【００８４】
また、以下の条件式を満たすことが好ましい。
−０．０４５≦δＳＡλ／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（ｎｍ・ｍｍ））≦−０．００４５
但し、δＳＡλは、第１光束の使用波長における第１光ディスクの記録／再生を行う際のδＳＡ３／δλ、即ち、第１光束の使用波長における第１光ディスクの記録／再生を行う際の対物光学素子の３次球面収差の波長変化率を指し、ｆは、第１光ディスク用の領域における第１光束における対物光学素子の焦点距離を指す。
【００８５】
更に、以下の条件式を満たすことが好ましい。
０≦δＳＡＴ２／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００１７
但し、δＳＡＴ２は、第１光束の使用波長（温度変化に伴う波長変動が０．０５ｎｍ／℃）における第１光ディスクの記録／再生を行う際の対物光学素子のδＳＡ３／δＴ、即ち、第１光束の使用波長（温度変化に伴う波長変動が０．０５ｎｍ／℃）における第１光ディスクの記録／再生を行う際の対物光学素子の３次球面収差の温度変化率を指す。
【００８６】
また、光ピックアップ装置の集光光学系が、プラスチック製のカップリングレンズを有する場合、以下の条件式を満たすことが好ましい。
０≦δＳＡＴ３／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００１２
但し、δＳＡＴ３は、第１光束の使用波長（温度変化に伴う波長変動が０．０５ｎｍ／℃）における第１光ディスクの記録／再生を行う際のカップリングレンズと対物光学素子を含んだ集光光学系全体のδＳＡ３／δＴ、即ち、第１光束の使用波長（温度変化に伴う波長変動が０．０５ｎｍ／℃）における第１光ディスクの記録／再生を行う際の集光光学系全体の３次球面収差の温度変化率を指す。
【００８７】
尚、上述では、光路差付与構造を、光源側の光学面に設ける例について記載しているが、上述の目的のための光路差付与構造を、対物光学素子が単玉レンズの場合、光ディスク側の光学面に設けるようにしてもよい。また、対物光学素子が２つの光学素子からなる場合、上述の目的のための光路差付与構造を光源側の光学素子の光ディスク側の面に設けても良いし、光ディスク側の光学素子の光源側の面に設けても良いし、光ディスク側の光学素子の光ディスク側の面に設けても良い。
【００８８】
対物光学素子が、光源側の第１光学素子と光ディスク側の第２光学素子とを有する場合、第１光学素子が段差で区切られた複数の領域を有していてもよい。この場合、第１光学素子は平板状の光学素子や平板と斜面（もしくは非球面）とが組み合わされた形状の光学素子である事が好ましく、第２光学素子は非球面を有するレンズであることが好ましいが、これに限られず、第１光学素子が非球面を有していてもよい。
【００８９】
次に、光路差付与構造によって段差を低減させない場合の第１領域と第２領域との境界の段差量について説明する。かかる段差量の一例は、第１光束に対して波長λ１のａ倍の光路差を与える段差量である。尚、ａは、０以外の任意の正の整数である。この場合、段差量ｄ１は、以下の式（１５）で表すことができる。
ｄ１＝ａ・λ１／（ｎ−１）        （１５）
但し、ｎは、波長λ１の光束における段差を有する光学素子の屈折率である。
【００９０】
なお、図４に示すように、光軸を含む領域Ｒ１を、第１光ディスク（ＢＤ）と第２光ディスク（ＨＤ）とで共用し、その周囲の第２領域Ｒ２には第２光路差付与構造を設けて、第２光ディスク（ＨＤ）と第３光ディスク（ＤＶＤ）とで共用し、その周囲の第１領域Ｒ３は、第１光ディスク専用としてもよい。
【００９１】
また、本発明の対物光学素子を、第１光ディスク、第２光ディスクを含む複数種類の光ディスクの記録層を一枚の光ディスクに積層させたハイブリッド光ディスクに適用する場合、第１光ディスクにおける対物光学素子のワーキングディスタンス（ＷＤ1）と、第２光ディスクにおける対物光学素子のワーキングディスタンス（ＷＤ2）とが異なることが好ましい。第１光ディスクがＢＤであって、第２光ディスクがＨＤである場合、即ち、ＢＤとＨＤとを積層させたハイブリッド光ディスクを用いる場合、更に好ましくは、これらのワーキングディスタンスの差の値を（ＷＤ1−ＷＤ2）、５０μｍ以上、２５０μｍ以下とする事が好ましい。更に好ましくは、１００μｍ以上、２５０μｍ以下とする事である。尚、複数種類の光ディスクの記録層を一枚の光ディスクに積層させた例としては、特開２００７−４２２５４に開示されているＢＤ／ＨＤ／ＤＶＤの各記録層を片面に積層したハイブリッドディスクなどが挙げられる。
【００９２】
また、対物光学素子は、単玉レンズである場合、第１光束についての第１光ディスク用の領域の焦点距離をｆ、対物光学素子の軸上厚をｄとしたときに、以下の式を満たすと、波長が３８０〜４５０ｎｍであって、ＮＡ１が０．８以上、０．９以下であるような場合、軸上色収差を押さえることができるため好ましい。
１．１＜ｄ／ｆ＜３．０          （８）
【００９３】
更に好ましくは、以下の式を満たすことにより、軸上色収差を押さえつつ、第２光ディスクにおけるワーキングディスタンスをより長く確保できるため好ましい。
１．１＜ｄ／ｆ＜１．５          （８‘）
【００９４】
第１光束〜第３光束は、平行光として対物光学素子に入射してもよいし、発散光若しくは収束光として対物光学素子に入射してもよい。好ましくは、第１光ディスクの記録及び／又は再生時の、第１光束の対物光学素子の倍率ｍ１１と、第２光ディスクの記録及び／又は再生時の、第１光束の対物光学素子の倍率ｍ１２とが、以下の条件式を満たすことである。
ｍ１１＜ｍ１２                         （３）
更に好ましくは、以下の条件式を満たすことである。
−０．００５＜m１１＜０．００５                        （４）
m１２＞０                                            （５）
【００９５】
例えば、第１光ディスクの記録／再生時には、第１光束を対物光学素子に無限平行光として入射させ、第２光ディスクの記録／再生時には、第１光束を対物光学素子に有限収束光として入射させる態様が、好ましい一例として挙げられる。
【００９６】
或いは、第１光ディスクの記録及び／又は再生時の、第１光束の対物光学素子の倍率ｍ１１と、第２光ディスクの記録及び／又は再生時の、第１光束の対物光学素子の倍率ｍ１２とが、以下の条件式を満たしていてもよい。
−０．００５＜m１１＜０．００５                          （６）
−０．００５＜m１２＜０．００５                          （７）
【００９７】
尚、第２光束および第３光束は、平行光として対物光学素子に入射させてもよいし、収束光や発散光としても良い。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【発明の効果】
【０１０２】
本発明によれば、簡単且つ低コストの構成で、複雑な機構を用いることなく、低コストで、２種類の光ディスクに対して２種類の波長の光束を用いて一つの対物光学素子での互換を可能とし、しかも、高い光利用効率を確保できる対物光学素子及び光ピックアップ装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図５は、第１光ディスクであるＢＤと第２光ディスクであるＨＤと第３光ディスクであるＤＶＤとに対して適切に情報の記録／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。なお、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。
【０１０４】
光ピックアップ装置ＰＵ１は、対物光学素子ＯＢＪ、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＬ、偏光プリズムＰBＳ、ダイクロイックプリズムＤＰ、波長λ１＝４０５ｎｍのレーザ光束（光束）を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１、波長λ２＝６５０ｎｍのレーザ光束（光束）を射出する赤色半導体レーザＬＤ２，センサ用レンズＳＬ、ＢＤの情報記録面ＲＬ１及びＨＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する受光素子ＰＤを有する。尚、本実施の形態では、対物光学素子ＯＢＪは単玉であるが、２つ以上の光学素子を組み合わせて用いても良い。
【０１０５】
対物光学素子ＯＢＪの光源側の光学面には、光軸を含む円状のＢＤ用の第１領域ＡＲ１と、その周囲の輪帯状のＨＤ／ＤＶＤ用の第２領域ＡＲ２と、更にその周囲の輪帯状のＢＤ用の第１領域ＡＲ３とが交互に形成されている。第２領域ＡＲ２には、ＨＤとＤＶＤとの保護基板厚の差に起因した球面収差を補正すべく、第２光路差付与構造ＤＳが形成されている。
【０１０６】
ＢＤの記録／再生を行う場合について説明する。まず、青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、ダイクロイックプリズムＤＰ、偏光プリズムＰＢＳ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、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、図示しない絞りによりその光束径が規制され、対物光学素子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。
【０１０７】
このとき、対物光学素子ＯＢＪの第１領域ＡＲ１，ＡＲ３を通過した光束は、ＢＤの情報記録面上に集光されスポットを形成するが、第２領域ＡＲ２を通過した光束はフレア光となって、ＢＤの情報記録面上に集光スポットを形成しない。
【０１０８】
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、再び対物光学素子ＯＢＪ、絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰ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、偏光プリズムＰＢＳで反射した後、センサ用レンズＳＬによって、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子ＰＤの出力信号を用いて、２軸アクチュエータＡＣにより対物光学素子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。
【０１０９】
次に、ＨＤの記録／再生を行う場合について説明する。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、ダイクロイックプリズムＤＰ、偏光プリズムＰＢＳ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、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、図示しない絞りによりその光束径が規制され、対物光学素子ＯＢＪによって厚さ０．６ｍｍの保護基板ＰＬ２を介して、ＨＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。
【０１１０】
このとき、対物光学素子ＯＢＪの第２領域ＡＲ２の光路差付与構造ＤＳを通過した３次（又は２次）の回折光は、ＨＤの情報記録面上に集光されスポットを形成するが、それ以外の回折光と、第１領域ＡＲ１，ＡＲ３を通過した光束はフレア光となって、ＨＤの情報記録面上に集光スポットを形成しない。
【０１１１】
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、再び対物光学素子ＯＢＪ、絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰ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、偏光プリズムＰＢＳで反射した後、センサ用レンズＳＬによって、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子ＰＤの出力信号を用いて、２軸アクチュエータＡＣにより対物光学素子ＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
【０１１２】
次に、ＤＶＤの記録／再生を行う場合について説明する。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された光束（λ２＝６５０ｎｍ）の発散光束は、ダイクロイックプリズムＤＰで反射され、偏光プリズムＰＢＳ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、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、図示しない絞りによりその光束径が規制され、対物光学素子ＯＢＪによって厚さ０．６ｍｍの保護基板ＰＬ３を介して、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。
【０１１３】
このとき、対物光学素子ＯＢＪの第２領域ＡＲ２の光路差付与構造ＤＳを通過した２次（又は１次）の回折光は、ＤＶＤの情報記録面上に集光されスポットを形成するが、それ以外の回折光と、第１領域ＡＲ１，ＡＲ３を通過した光束はフレア光となって、ＤＶＤの情報記録面上に集光スポットを形成しない。
【０１１４】
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、再び対物光学素子ＯＢＪ、絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰ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、偏光プリズムＰＢＳで反射した後、センサ用レンズＳＬによって、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子ＰＤの出力信号を用いて、２軸アクチュエータＡＣにより対物光学素子ＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
【０１１５】
次に、上述の実施の形態に用いることができる対物光学素子の実施例について説明する。  
【０１１６】
尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、表中のｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸方向の位置、ｎｉは各面の屈折率を表している。図６〜８は、実施例１の対物光学素子の断面図である。また、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表すものとする。また、対物光学素子の光学面は、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。
【０１１７】
【数１】
2009129515.tif 000003
【０１１８】
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、Ａiは非球面係数、ｈは光軸からの高さ、ｒは近軸曲率半径である。
【０１１９】
更に、光路差付与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１に示す係数を代入した数式で規定される。 
【０１２０】
【数２】
2009129515.tif 000004
【０１２１】
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、Ｃiは光路差関数の係数である。
【０１２２】
（実施例１）
表１に、実施例１のレンズデータを示す。尚、本実施例におけるλBは、４０５ｎｍである。また、本実施例における光路差付与構造において、光路差付与構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＭとし、光路差付与構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＮとしたときに、Ｍ＝２，Ｎ＝１である。
【０１２３】
【表１】
2009129515.tif 000005
【０１２４】
（実施例２）
表２に、実施例２のレンズデータを示す。尚、本実施例におけるλBは、４０５ｎｍである。また、本実施例における光路差付与構造において、光路差付与構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＭとし、光路差付与構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＮとしたときに、Ｍ＝３，Ｎ＝２である。図９〜１１は、実施例２の対物光学素子の断面図である。
【０１２５】
【表２】
2009129515.tif 000006
【０１２６】
表３に、実施例１，２の結果をまとめて示す。本発明により、単一の対物光学素子により、ＢＤ及びＨＤに加えて、ＤＶＤの互換も可能となっている。さらに、表３に示すように、実施例１に対して実施例２では、第２光路差付与構造を調整することにより、領域間の段差量を３μｍ以下に減少させることができた。
【０１２７】
【表３】
2009129515.tif 000007
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明に係る対物光学素子の一例の断面図である。
【図２】本発明に係る対物光学素子の一例の断面図である。
【図３】本発明に係る対物光学素子の一例の断面図の一部であり、対物光学素子の光軸方向段差量を示している。
【図４】本発明に係る対物光学素子の一例を光軸方向から見た際の概略図である。
【図５】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６】実施例１の対物光学素子の断面図であり、ＢＤ使用時の光路と共に描いている。
【図７】実施例１の対物光学素子の断面図であり、ＨＤ使用時の光路と共に描いている。
【図８】実施例１の対物光学素子の断面図であり、ＤＶＤ使用時の光路と共に描いている。
【図９】実施例２の対物光学素子の断面図であり、ＢＤ使用時の光路と共に描いている。
【図１０】実施例２の対物光学素子の断面図であり、ＨＤ使用時の光路と共に描いている。
【図１１】実施例２の対物光学素子の断面図であり、ＤＶＤ使用時の光路と共に描いている。
【図１２】本発明に係る対物光学素子の一例を光軸方向から見た際の概略図である。
【図１３】本発明に係る対物光学素子の一例を光軸方向から見た際の概略図である。
【図１４】本発明に係る対物光学素子の一例を光軸方向から見た際の概略図である。
【符号の説明】
【０１２９】
ＡＲ１，ＡＲ３  第１領域
ＡＲ２          第２領域
ＤＳ            光路差付与構造
ＯＢＪ          対物光学素子
ＰＵ１          光ピックアップ装置
ＬＤ１          青紫色半導体レーザ
ＬＤ２          赤色半導体レーザ
ＡＣ            二軸アクチュエータ
ＰＢＳ          偏光プリズム
ＤＰ            ダイクロイックプリズム
ＣＬ            コリメートレンズ
ＰＬ１〜ＰＬ３  保護基板
ＲＬ１〜ＲＬ３  情報記録面
ＱＷＰ          λ／４波長板
【図１】
2009129515.tif 000008
【図２】
2009129515.tif 000009
【図３】
2009129515.tif 000010
【図４】
2009129515.tif 000011
【図５】
2009129515.tif 000012
【図６】
2009129515.tif 000013
【図７】
2009129515.tif 000014
【図８】
2009129515.tif 000015
【図９】
2009129515.tif 000016
【図１０】
2009129515.tif 000017
【図１１】
2009129515.tif 000018
【図１２】
2009129515.tif 000019
【図１３】
2009129515.tif 000020
【図１４】
2009129515.tif 000021