(57)【要約】      （修正有）【課題】同一波長によりＢＤとＨＤに対応した対物レンズであり、環境温度の変化に対応できる。【解決手段】対物光学素子は第１領域とその周囲に設けた第２領域とを少なくとも有し、第１領域には第１光路差付与構造が形成され、第１光束が通過したときにｍ次回折光とｎ次回折光とを他の次数の回折光に比して多く発生させ、回折次数ｍ、ｎは以下を満たし│ｍ−ｎ│＝１（１）、ｍ＝−ｎ（２）ｍ次回折光は第１光ディスクに情報の記録、再生ができるように集光され、ｎ次回折光は第２光ディスクの記録、再生ができるように集光され、更に第２領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの情報記録面上に記録、再生ができるように集光され、第２領域を通過した第１光束は第２光ディスクの情報記録面上に記録、再生ができるように集光されず、少なくとも前記第２領域には、環境温度の変化に応じて発生する球面収差を補正する第２光路差付与構造が形成されている。【選択図】図７
2009230832.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、前記第１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、
前記対物光学素子は、第１領域と、その周囲に設けられた第２領域とを少なくとも有し、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光路差付与構造は、第１光束が通過したときに、ｍ（ｍは整数）次回折光とｎ（ｎは整数）次回折光とを他の次数の回折光に比して多く発生させ、回折次数ｍ、ｎは以下の式（１）又は（２）を満たし、
│ｍ−ｎ│＝１      （１）
ｍ＝−ｎ      （２）
前記ｍ次回折光は、前記第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され、前記ｎ次回折光は、前記第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され、
更に、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され、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情報の記録及び／又は再生ができるように集光されず、
少なくとも前記第２領域には、環境温度の変化に応じて発生する球面収差を補正する第２光路差付与構造が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２】
前記ｍ次回折光の前記回折次数ｍと前記ｎ次回折光の回折次数ｎの組合せが、（ｍ，ｎ）＝（０，１）、（１，２）、（２，３）の何れかであることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
前記ｍ次回折光の前記回折次数ｍと前記ｎ次回折光の回折次数ｎの組合せが、（ｍ，ｎ）＝（１，−１）、（２，−２）、（３，−３）の何れかであることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記第１領域にも、前記第２光路差付与構造が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記第１領域において、前記第１光路差付与構造と、前記第２光路差付与構造とは重畳されていることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記第２光路差付与構造は、光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、前記所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状であることを特徴とする請求項４又は５に記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
下記の式を満たすことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
１７＜Ｂ・Ｃ／Ａ＜３０      （３）
但し、Ａ（ｍｍ）は、前記対物光学素子の有効径を表し、Ｂは前記対物光学素子の前記第２光路差付与構造の輪帯数を表し、Ｃは前記対物光学素子の前記第２光路差付与構造を通過した前記第１光束が最も多く発生する回折光の次数を表す。
【請求項８】
下記の式を満たすことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
＋０．０００４５≦δＳＡＴ１／ｆ１(WFEλｒｍｓ／(℃・ｍｍ))≦＋０．００２７  （４）
但し、δＳＡＴ１は、４０５ｎｍの使用波長（波長変動なし）における前記第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の前記対物光学素子のδＳＡ３／δＴ、即ち、４０５ｎｍの使用波長（波長変動なし）における前記第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の前記対物光学素子の３次球面収差の温度変化率を指す。ｆ１は、４０５ｎｍの使用波長における前記対物光学素子の前記第１光ディスク使用時の焦点距離を表す。
【請求項９】
下記の式を満たすことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
１．１≦ｄ／ｆ１≦１．３      （５）
但し、ｄは、前記対物光学素子の軸上厚を表し、ｆ１は、４０５ｎｍの使用波長における前記対物光学素子の前記第１光ディスク使用時の焦点距離を表す。
【請求項１０】
前記対物光学素子は単玉レンズであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記対物光学素子はプラスチックから形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
波長λ１（３８０ｎｍ＜λ１＜４５０ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、前記第１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ることによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置で用いられる対物光学素子において、
前記対物光学素子は、第１領域と、その周囲に設けられた第２領域とを少なくとも有し、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光路差付与構造は、第１光束が通過したときに、ｍ（ｍは整数）次回折光とｎ（ｎは整数）次回折光とを他の次数の回折光に比して多く発生させ、回折次数ｍ、ｎは以下の式（１）又は（２）を満たし、
│ｍ−ｎ│＝１      （１）
ｍ＝−ｎ      （２）
前記ｍ次回折光は、前記第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され、前記ｎ次回折光は、前記第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され、
更に、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され、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情報の記録及び／又は再生ができるように集光されず、
少なくとも前記第２領域には、環境温度の変化に応じて発生する球面収差を補正する第２光路差付与構造が形成されていることを特徴とする対物光学素子。
【請求項１３】
前記ｍ次回折光の前記回折次数ｍと前記ｎ次回折光の回折次数ｎの組合せが、（ｍ，ｎ）＝（０，１）、（１，２）、（２，３）の何れかであることを特徴とする請求項１２に記載の対物光学素子。
【請求項１４】
前記ｍ次回折光の前記回折次数ｍと前記ｎ次回折光の回折次数ｎの組合せが、（ｍ，ｎ）＝（１，−１）、（２，−２）、（３，−３）の何れかであることを特徴とする請求項１２に記載の対物光学素子。
【請求項１５】
前記第１領域にも、前記第２光路差付与構造が形成されていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１６】
前記第１領域において、前記第１光路差付与構造と、前記第２光路差付与構造とは重畳されていることを特徴とする請求項１５に記載の対物光学素子。
【請求項１７】
前記第２光路差付与構造は、光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、前記所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状であることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の対物光学素子。
【請求項１８】
下記の式を満たすことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれかに記載の対物光学素子。
１７＜Ｂ・Ｃ／Ａ＜３０      （３）
但し、Ａ（ｍｍ）は、前記対物光学素子の有効径を表し、Ｂは前記対物光学素子の前記第２光路差付与構造の輪帯数を表し、Ｃは前記対物光学素子の前記第２光路差付与構造を通過した前記第１光束が最も多く発生する回折光の次数を表す。
【請求項１９】
下記の式を満たすことを特徴とする請求項１２〜１８のいずれかに記載の対物光学素子。
＋０．０００４５≦δＳＡＴ１／ｆ１(WFEλｒｍｓ／(℃・ｍｍ))≦＋０．００２７  （４）
但し、δＳＡＴ１は、４０５ｎｍの使用波長（波長変動なし）における前記第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の前記対物光学素子のδＳＡ３／δＴ、即ち、４０５ｎｍの使用波長（波長変動なし）における前記第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の前記対物光学素子の３次球面収差の温度変化率を指す。ｆ１は、４０５ｎｍの使用波長における前記対物光学素子の前記第１光ディスク使用時の焦点距離を表す。
【請求項２０】
下記の式を満たすことを特徴とする請求項１２〜１９のいずれかに記載の対物光学素子。
１．１≦ｄ／ｆ１≦１．３      （５）
但し、ｄは、前記対物光学素子の軸上厚を表し、ｆ１は、４０５ｎｍの使用波長における前記対物光学素子の前記第１光ディスク使用時の焦点距離を表す。
【請求項２１】
前記対物光学素子は単玉レンズであることを特徴とする請求項１２〜２０のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項２２】
前記対物光学素子はプラスチックから形成されていることを特徴とする請求項１２〜２１のいずれかに記載の対物光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一の波長の光束を用いる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層あたり約２５ＧＢ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層あたり約１５ＧＢの情報の記録が可能である。これらの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、かかるタイプの高密度光ディスクのいずれかに対してのみ適切に情報の記録／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ＢＤ及びＨＤのいず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】
しかしながら、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、他の光ディスクとの互換に比べて、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。 
【０００５】
ここで、特許文献１，２には、回折構造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の互換を可能としている光ピックアップ装置が記載されている。 
【特許文献１】特許第３９５３０９１号明細書
【特許文献２】特開２００６−１４７０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
然るに、上記の特許文献１に記載された光ピックアップ装置においては、複数の光学素子を組み合わせて対物光学素子としているので、コスト高を招くと共に、光学素子同士の光軸を精度良く合わせる必要があり、製造工数がかかるという問題がある。また、光学素子がプラスチック製である場合に、温度変化時に発生する収差を補正する必要があるが、これに対し特許文献１には、光学素子を光軸方向に稼動して収差を補正する機構が記載されている。しかしながら、光学素子を稼動するための機構を光ピックアップ装置に追加しなければならず、構造の複雑化、並びに、製造コストの上昇などの問題がある。
【０００７】
一方、特許文献２に記載された光ピックアップ装置においては、単玉のレンズからなる対物光学素子を用いているため、比較的コストを抑えることが出来、製造工数も低減できる。しかしながら、特許文献２においては、温度変化時に発生する収差の問題については触れられておらず、温度変化時に発生する収差の問題は解決されていない。
【０００８】
本発明は、上述の問題を考慮したものであり、例えばＢＤとＨＤの情報記録面に対して、同一波長の光束を共通の対物レンズを用いて集光することにより、情報の記録又は再生を可能とし、ＢＤに対してもＨＤに対しても、及び／又は、記録時においても再生時においても良好に作動し、しかも環境温度の変化に対応できる光ピックアップ装置および対物光学素子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】
【０００９】
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、前記第１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、
前記対物光学素子は、光軸を含む第１領域と、その周囲に設けられた第２領域とを少なくとも有し、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光路差付与構造は、第１光束が通過したときに、ｍ（ｍは整数）次回折光とｎ（ｎは整数）次回折光とを他の次数の回折光に比して発生させ、回折次数ｍ、ｎは以下の式（１）又は（２）を満たし、
│ｍ−ｎ│＝１      （１）
ｍ＝−ｎ      （２）
前記ｍ次回折光は、前記第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され、前記ｎ次回折光は、前記第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され、
更に、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され、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情報の記録及び／又は再生ができるように集光されず、
少なくとも前記第２領域には、環境温度の変化に応じて発生する球面収差を補正する第２光路差付与構造が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
ＢＤとＨＤの互換を可能とする対物光学素子であって、しかも、単玉のプラスチックレンズとする場合、単一の対物光学素子を保護基板の薄いＢＤだけでなく、保護基板の厚さが厚いＨＤにも対応させなければならないため、ＢＤ／ＨＤ互換用対物光学素子は、例えばＢＤ専用の対物光学素子に比して、ワーキングディスタンスをある程度長めに確保しなければならないということがある。そのため、対物光学素子の焦点距離も長めに確保する必要がある。このように、焦点距離を長めに確保する場合、温度変化に伴う球面収差の変化の影響がより大きくなり、この問題を解決する必要性がより大きくなる。本発明者は鋭意研究の結果、この課題の大きさを見出し、当該課題を解決する事により、ＢＤとＨＤの互換が可能となる事を見出したのであった。従って、本発明によれば、前記第２光路差付与構造が、環境温度の変化に応じて発生する球面収差を補正するので、環境温度の変化に関わらず、ＢＤ及びＨＤ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。さらに、第１光路差付与構造を用い、第１光ディスクに対してｍ次回折光を用い、第２光ディスクに対してｎ次回折光を用いているため、サイドローブが大きくなるのを防止する事ができる。
【００１１】
前記第２光路差付与構造の光軸を含む断面形状は、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、前記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位相差付与構造、或いは、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短くなり、前記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長くなる位相差付与構造であると好ましい。
【００１２】
上述のように決定された第２光路差付与構造の輪帯構造による温度収差の補正の原理を説明する。図１中の線（Ａ）は、非球面である２つの光学面を有する単レンズの、設計基準温度から温度が上昇した場合の波面の様子を表すものであり、横軸が光学面の有効半径を表し、縦軸が光路差を表す。対物光学素子が単レンズの場合には、温度上昇に伴う屈折率変化の影響で球面収差が発生し、線（Ａ）のように波面が変化する。特に単レンズが樹脂製の場合、温度変化に伴う屈折率変化が大きいため、球面収差の発生量は大きくなる。
【００１３】
また、図１中の線（Ｂ）は、上述のように決定された輪帯構造により透過波面に付加される光路差であり、線（Ｃ）は、設計基準温度から温度が上昇した場合の、かかる輪帯構造と単レンズとを透過した波面の様子を表す図である。線（Ｂ）及び線（Ｃ）から、かかる輪帯構造を透過した波面と、設計基準温度から温度が上昇した場合の単レンズの波面とが打ち消しあうことで、光ディスクの情報記録面上に集光された光束の波面は、巨視的にみると光路差のない良好な波面となり、かかる輪帯構造により単レンズの温度収差が補正されることが理解できる。
【００１４】
請求項２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ｍ次回折光の前記回折次数ｍと前記ｎ次回折光の回折次数ｎの組合せが、（ｍ，ｎ）＝（０，１）、（１，２）、（２，３）の何れかであることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ｍ次回折光の前記回折次数ｍと前記ｎ次回折光の回折次数ｎの組合せが、（ｍ，ｎ）＝（１，−１）、（２，−２）、（３，−３）の何れかであることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１領域にも、前記第２光路差付与構造が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項４に記載の発明において、前記第１領域において、前記第１光路差付与構造と、前記第２光路差付与構造とは重畳されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の光ピックアップ装置は、請求項４又は５に記載の発明において、前記第２光路差付与構造は、光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、前記所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状であることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項４〜６のいずれかに記載の発明において、下記の式を満たすことを特徴とする。
１７＜Ｂ・Ｃ／Ａ＜３０      （３）
但し、Ａ（ｍｍ）は、前記対物光学素子の有効径を表し、Ｂは前記対物光学素子の前記第２光路差付与構造の輪帯数を表し、Ｃは前記対物光学素子の前記第２光路差付与構造を通過した前記第１光束が最も多く発生する回折光の次数を表す。
【００２０】
本発明者は鋭意研究の結果、ＢＤにおける温度変化時の球面収差の補正を非常に強く行ない、ＢＤにおける温度特性を非常に良好にすると、ＨＤにおける温度特性が逆に悪化してしまうことを見出した。かかる知見に基づき、ＢＤにおける温度特性とＨＤにおける温度特性を共に良好にするための第２光路差付与構造を更に検討したところ、上述のような条件式を満たすことにより、ＢＤにおける温度特性とＨＤにおける温度特性を共に良好にする事が可能となることが判明したのである。
【００２１】
請求項８に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、下記の式を満たすことを特徴とする。
＋０．０００４５≦δＳＡＴ１／ｆ(WFEλｒｍｓ／(℃・ｍｍ))≦＋０．００２７  （４）
但し、δＳＡＴ１は、４０５ｎｍの使用波長（波長変動なし）における前記第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の前記対物光学素子のδＳＡ３／δＴ、即ち、４０５ｎｍの使用波長（波長変動なし）における前記第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の前記対物光学素子の３次球面収差の温度変化率を指す。ｆ１は、４０５ｎｍの使用波長における前記対物光学素子の前記第１光ディスク使用時の焦点距離を表す。
【００２２】
請求項９に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、下記の式を満たすことを特徴とする。
１．１≦ｄ／ｆ１≦１．３      （５）
但し、ｄは、前記対物光学素子の軸上厚を表し、ｆ１は、４０５ｎｍの使用波長における前記対物光学素子の前記第１光ディスク使用時の焦点距離を表す。
【００２３】
ＢＤとＨＤの互換用の対物光学素子である場合、前述したようにＨＤにおけるワーキングディスタンスを確保するためにも、焦点距離をある程度長めにする必要が有る。そのためには、上述の条件式を満たすことが好ましい。本発明は、条件式を満たすような長めの焦点距離を有し、温度変化によって球面収差がより大きく変化してしまう対物光学素子においても、温度特性を良好にできるため、本発明の効果がより顕著となる。
【００２４】
請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜９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レンズであることを特徴とする。
【００２５】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子はプラスチックから形成されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項１２に記載の対物光学素子は、波長λ１（３８０ｎｍ＜λ１＜４５０ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、前記第１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ることによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置で用いられる対物光学素子において、
前記対物光学素子は、光軸を含む第１領域と、その周囲に設けられた第２領域とを少なくとも有し、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光路差付与構造は、第１光束が通過したときに、ｍ（ｍは整数）次回折光とｎ（ｎは整数）次回折光とを他の次数の回折光に比して多く発生させ、回折次数ｍ、ｎは以下の式（１）又は（２）を満たし、
│ｍ−ｎ│＝１      （１）
ｍ＝−ｎ      （２）
前記ｍ次回折光は、前記第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され、前記ｎ次回折光は、前記第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され、
更に、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され、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情報の記録及び／又は再生ができるように集光されず、
少なくとも前記第２領域には、環境温度の変化に応じて発生する球面収差を補正する第２光路差付与構造が形成されていることを特徴とする。
【００２７】
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ｍ次回折光の前記回折次数ｍと前記ｎ次回折光の回折次数ｎの組合せが、（ｍ，ｎ）＝（０，１）、（１，２）、（２，３）の何れかであることを特徴とする。
【００２８】
請求項１４に記載の対物光学素子は、請求項１３に記載の発明において、前記ｍ次回折光の前記回折次数ｍと前記ｎ次回折光の回折次数ｎの組合せが、（ｍ，ｎ）＝（１，−１）、（２，−２）、（３，−３）の何れかであることを特徴とする。
【００２９】
請求項１５に記載の対物光学素子は、請求項１２〜１４のいずれかに記載の発明において、前記第１領域にも、前記第２光路差付与構造が形成されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項１６に記載の対物光学素子は、請求項１５に記載の発明において、前記第１領域において、前記第１光路差付与構造と、前記第２光路差付与構造とは重畳されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項１７に記載の対物光学素子は、請求項１５又は１６に記載の発明において、前記第２光路差付与構造は、光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、前記所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状であるであることを特徴とする。
【００３２】
請求項１８に記載の対物光学素子は、請求項１５〜１７のいずれかに記載の発明において、下記の式を満たすことを特徴とする。
１７＜Ｂ・Ｃ／Ａ＜３０      （３）
但し、Ａ（ｍｍ）は、前記対物光学素子の有効径を表し、Ｂは前記対物光学素子の前記第２光路差付与構造の輪帯数を表し、Ｃは前記対物光学素子の前記第２光路差付与構造を通過した前記第１光束が最も多く発生する回折光の次数を表す。
【００３３】
請求項１９に記載の対物光学素子は、請求項１２〜１８のいずれかに記載の発明において、下記の式を満たすことを特徴とする。
＋０．０００４５≦δＳＡＴ１／ｆ１(WFEλｒｍｓ／(℃・ｍｍ))≦＋０．００２７  （４）
但し、δＳＡＴ１は、４０５ｎｍの使用波長（波長変動なし）における前記第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の前記対物光学素子のδＳＡ３／δＴ、即ち、４０５ｎｍの使用波長（波長変動なし）における前記第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の前記対物光学素子の３次球面収差の温度変化率を指す。ｆ１は、４０５ｎｍの使用波長における前記対物光学素子の前記第１光ディスク使用時の焦点距離を表す。
【００３４】
請求項２０に記載の対物光学素子は、請求項１２〜１９のいずれかに記載の発明において、下記の式を満たすことを特徴とする。
１．１≦ｄ／ｆ１≦１．３      （５）
但し、ｄは、前記対物光学素子の軸上厚を表し、ｆ１は、４０５ｎｍの使用波長における前記対物光学素子の前記第１光ディスク使用時の焦点距離を表す。
【００３５】
請求項２１に記載の対物光学素子は、請求項１２〜２０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レンズであることを特徴とする。
【００３６】
請求項２２に記載の対物光学素子は、請求項１２〜２１のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子はプラスチックから形成されていることを特徴とする。
【００３７】
本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも第１光ディスク及び第２光ディスクに対して情報の記録／再生行うものである。光ピックアップ装置は、少なくとも一つの第一光源を有する。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光ディスク又は第２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。
【００３８】
光ピックアップ装置が、第１光ディスク及び第２光ディスクに加えて、第３光ディスク及び／又は第４光ディスクの記録／再生を行う装置である場合は、第１光源の他に、第２光源及び／又は第３光源を有してもよい。光ピックアップ装置が、第１光ディスク及び第２光ディスクに加えて、第３光ディスク及び／又は第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２光源からの第２光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光させ、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光ディスク及び第２光ディスクに加えて、第３光ディスク及び／又は第４光ディスクの記録／再生を行う装置である場合は、第３光ディスク又は第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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４に関しては、以下の条件式（６）、（７）、（８）、（９）を満たすことが好ましいが、これに限られない。
【００４２】
０．０７５０ｍｍ≦ｔ１≦０．１１２５ｍｍ        （６）
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ                    （７）
０．５ｍｍ≦ｔ３≦０．７ｍｍ                    （８）
０．９ｍｍ≦ｔ４≦１．３ｍｍ                    （９）
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、集光光学系は、第１光ディスク、第２光ディスク用の対物光学素子の他に、第３光ディスク用の対物光学素子や、第４光ディスク用の対物光学素子を有していてもよい。また、第１光ディスク、第２光ディスク用の対物光学素子が、第３光ディスク及び／又は第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。
【００４７】
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。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が、対物光学素子がプラスチックレンズである場合に、本発明の効果が顕著である。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し、平板部と斜板部を有する光学素子と非球面レンズの組み合わせであってもよい。本発明の効果が最も顕著となる対物光学素子は、単玉のプラスチックレンズであるか、共にプラスチック製である２枚玉の対物光学素子である。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。
【００４８】
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。
【００４９】
第１光ディスクに対して情報を再生／記録するために必要な規格上の像側開口数をＮＡ１とし、第２光ディスクに対して情報を再生／記録するために必要な規格上の像側開口数をＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）とし、第３光ディスクに対して情報を再生／記録するために必要な規格上の像側開口数をＮＡ３（ＮＡ２≧ＮＡ３）とし、第４光ディスクに対して情報を再生／記録するために必要な規格上の像側開口数をＮＡ４（ＮＡ３>ＮＡ４）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及び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ＮＡ２は０．６５であり、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。
【００５０】
対物光学素子は、少なくとも第１領域と、第１領域の周囲の第２領域とに分けられる。第１領域は光軸を含む領域であることが好ましい。また、第１領域と第２領域は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。この第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。
【００５１】
第１領域を通過した第１光束は、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され、また、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される。一方、第２領域を通過した第１光束は、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されるが、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されない。
【００５２】
対物光学素子の第１領域には、互換用の第１光路差付与構造が形成されている。第１光路差付与構造は、第１光束が通過したときに、ｍ（ｍは整数）次回折光とｎ（ｎ次回折光）とを他の次数に比して最も多く発生させる。対物光学素子の第１領域に形成された第１光路差付与構造により発生したｍ次回折光は、第１光ディスクの記録／再生に用いられ、第１光路差付与構造により発生したｎ次回折光は、第２光ディスクの記録／再生に用いられる。
【００５３】
即ち、第２領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの情報記録面上では、収差が非常に小さくなるが、第２光ディスクの情報記録面上では、情報の記録／再生ができないほどに収差が大きくなる。従って第１領域は、第１光ディスクと第２光ディスクの両方に用いられる所謂、共用領域（第１光ディスク用領域＋第２光ディスク用領域）であり、第２領域は、第１光ディスクのみに用いられる所謂、専用領域（第１光ディスク用領域）である、とも言える。第１領域は、ＮＡ２以下の領域である事が好ましく、第２領域は、ＮＡ２より大きく、ＮＡ１以下の領域であることが好ましい。例えば、第１光ディスクがＢＤであり、第２光ディスクがＨＤである場合、第１領域は、像側開口数（ＮＡ）が０．６５以下の領域である事が好ましく、第２領域は、像側開口数が０．６５より大きく、０．８５以下の領域であることが好ましい。
【００５４】
回折次数ｍ、ｎは、以下の式（１）又は（２）のいずれかを満たすと好ましい。
│ｍ−ｎ│＝１      （１）
ｍ＝−ｎ      （２）
【００５５】
条件式（１）を満たす場合、回折次数ｍ、ｎの組合せが、（ｍ，ｎ）＝（０，１）、（１，２）、（２，３）の何れかであると好ましい。
【００５６】
或いは、条件式（２）を満たす場合は、回折次数ｍ、ｎの組合せが、（ｍ，ｎ）＝（１，−１）、（２，−２）、（３，−３）の何れかであると好ましい。
【００５７】
対物光学素子は、第３光ディスク及び／又は第４光ディスクの使用を可能とする互換用の光路差付与構造を有していてもよい。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。光路差付与構造は好ましくは回折構造である。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。同一領域に複数の光路差付与構造を設ける場合、これらを重畳させても良い。「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、ある光路差付与構造と別の光路差付与構造がそれぞれ他の光学面に設けられている場合や、ある光路差付与構造と別の光路差付与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。
【００５８】
光路差付与構造は、光軸を中心とする同心円状の複数の輪帯を有することが好ましい。また、光路差付与構造は、様々な断面形状（光軸を含む面での断面形状）をとり得る。最も一般的な光路差付与構造の断面形状としては、図２（ａ）や（ｂ）に記載されるような、光路差付与構造の光軸を含む断面形状がブレーズ型形状である場合である。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。また、図２（ｃ）に示すような小階段型形状の構造が繰り返される形状や、図２（ｄ）に示すようなバイナリ状の形状などがあり得る。尚、図２（ｄ）に示すバイナリ上の形状は、２分割の小階段型形状の構造が繰り返される形状であるとも言える。尚、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。
【００５９】
尚、第１光路差付与構造が│ｍ−ｎ│＝１  を満たす場合は、その形状がブレーズ型形状であることが好ましい。一方、第１光路差付与構造がｍ＝−ｎを満たす場合は、その形状が小階段型形状であることが好ましい。
【００６０】
光路差付与構造は、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１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。
【００６１】
光路差付与構造が、ブレーズ型形状を有する場合、単位形状である鋸歯上の形状が繰り返された形状となる。図２（ａ）に示されるように、同一の鋸歯状形状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、徐々に鋸歯状形状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、徐々に鋸歯状形状の大きさが大きくなった形状と、徐々に鋸歯状形状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、鋸歯状形状の大きさが徐々に変化する場合であっても、鋸歯状形状において、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、１つの鋸歯状形状の光軸方向の長さ（鋸歯状形状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、１つの鋸歯状形状のベース面に沿った方向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、光路差付与構造である光路差付与構造により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、光路差付与構造の形状誤差による透過率低下を抑制できる。
【００６２】
光路差付与構造が、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）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。
【００６３】
光路差付与構造が、バイナリ状の形状（２分割の階段型形状）を有する場合、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。
【００６４】
また、少なくとも対物光学素子の第２領域には、環境温度の変化に応じて発生する球面収差を補正する第２光路差付与構造が形成されている。第１領域にも第２光路差付与構造が形成されていてもよい。第１領域に第２光路差付与構造が形成される場合、第１領域において、第１光路差付与構造と第２光路差付与構造が重畳する事になる。
【００６５】
また、第２光路差付与構造は、図８に示すように、光軸から所定の高さｈまでは、光軸に沿って延在する（略平行な円筒状の）段差面（α、β、γ、δ）が光軸直交方向外側を向き、所定の高さｈを超えた後は、光軸に沿って延在する（略平行な円筒状の）段差面（α’、β’、γ’）が光軸直交方向内側を向いた形状であることが好ましい。第２光路差付与構造が第２領域にしか設けられない場合、第２領域において、光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状であることが好ましい。一方、第１領域と第２領域の両方にまたがって第２光路差付与構造が形成されている場合、第１領域と第２領域の第２光路差付与構造を合わせた形状が、光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状であることが好ましい。また、第２光路差付与構造が段差の向きが全て同じ方向を向いているブレーズ型形状であってもよい。
【００６６】
尚、ＢＤとＨＤの両方において、温度特性を良好にするという観点から行った本発明者の鋭意研究により得られた結果の一つを、図１０に示す。図１０（ａ）は、ある対物光学素子における第２光路差付与構造の輪帯数とＢＤでの３０度温度変化時の波面収差の関係を表すグラフである。一方、図１０（ｂ）は、ある対物光学素子における第２光路差付与構造の輪帯数とＨＤでの３０度温度変化時の波面収差の関係を表すグラフである。図１０（ａ）、（ｂ）からわかるように、輪帯数が多いとＢＤの温度特性は良好になっていくが、ＨＤの温度特性は悪化していく。即ち、ＢＤとＨＤの温度特性を共にバランスよく良好にするための範囲を見出すことが重要であることに本発明者が初めて着目し、これを用いて本発明をなしたものである。
【００６７】
尚、ＢＤとＨＤの両方において、温度特性を良好にするという観点からは、第２光路差付与構造は、下記の式を満たすことが好ましい。
１７＜Ｂ・Ｃ／Ａ＜３０      （３）
Ａ（ｍｍ）は、対物光学素子の有効径を表す。Ｂは対物光学素子の第２光路差付与構造の輪帯数を表す。Ｃは、対物光学素子の第２光路差付与構造を通過した第１光束が最も多く発生する回折光の次数を表す。
【００６８】
より好ましくは、以下を満たすことである。
１８＜Ｂ・Ｃ／Ａ＜２９      （３’）
【００６９】
特に、第２光路差付与構造の形状が光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状である場合に、上記条件式を満たすことが好ましい。
【００７０】
尚、第２光路差付与構造において、上記条件式のＣは３以上、５以下であることが、輪帯数を多くさせすぎず、また、輪帯の段差量を大きくしすぎず、製造のしやすい光学素子を得るという観点から好ましい。特に、第２光路差付与構造の形状が光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状である場合に、上記条件式のＣは３以上、５以下であることが好ましい。
【００７１】
また、ＢＤとＨＤの両方において、温度特性を良好にするという観点からは、Ｂ・Ｃの値を、３５以上、１１０以下とすると好ましい。より好ましくは、４５以上、９５以下とすることである。
【００７２】
また、製造誤差を含んだとしても、実際に製造したレンズが、以下の式を満たす場合、温度特性が良好とできるため、実際のレンズが以下の範囲になるように製造する事が好ましい。
−０．０００５２≦（ＳＡ３／ｆ１）≦−０．０００２８      （１０）
但し、ＳＡ３は、第１光ディスクに第１の光束を集光した際の３次球面収差を表す。ｆ１は、第１光ディスク使用時における対物光学素子のλ１の光束に対する焦点距離を表す。
【００７３】
尚、第２光路差付与構造を対物光学素子に設けることにより、下記の式を満たすことが好ましい。
＋０．０００４５≦δＳＡＴ１／ｆ１(WFEλｒｍｓ／(℃・ｍｍ))≦＋０．００２７  （４）
尚、δＳＡＴ１は、４０５ｎｍの使用波長（波長変動なし）における第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の対物光学素子のδＳＡ３／δＴ、即ち、４０５ｎｍの使用波長（波長変動なし）における第１光ディスクの記録及び／又は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表す。また、ｆ１は、４０５ｎｍの使用波長における対物光学素子の第１光ディスク使用時の焦点距離を表す。
【００７４】
さらに、ＢＤにおいてもＨＤにおいても十分なワーキングディスタンスを確保するためには、下記の式を満たすことが好ましい。
１．１≦ｄ／ｆ１≦１．３      （５）
ｄ（ｍｍ）は、対物光学素子の光軸上の厚さ表す。ｆ１（ｍｍ）は、４０５ｎｍの使用波長における対物光学素子の第１光ディスク使用時の焦点距離を表す。
【００７５】
尚、図３に示すように、第１光ディスク及び第２光ディスク用の本発明の単玉の対物光学素子ＯＬ１と、他の光ディスク（例えば、第３光ディスク／第４光ディスク）用の対物光学素子ＯＬ２とを一体的に形成したレンズユニットを用いてもよい。尚、一体的に形成したレンズユニットとは、図３に示すように、第１の対物光学素子ＯＬ１及び第２の対物光学素子ＯＬ２とが融合している場合（例えば、第１の対物光学素子及び第２の対物光学素子とを有するレンズユニットを射出成形による一体成形により得る場合）だけでなく、図４又は図５に示すような、第１の対物光学素子と第２の対物光学素子とを別々に成形し、後で嵌合させたり、接着したり係合することなどによって一体化した光学素子であっても良い。
【００７６】
図４は、第１の対物光学素子と第２の対物光学素子とを係合して一体的に形成しているレンズユニットの一例を示している。プラスチック製の第２の対物光学素子ＯＬ２が、その矩形板状のフランジ部ＦＬ２に段差部ＳＴを有する開口ＨＬを形成しており、開口ＨＬ内の段差部ＳＴに、フランジ部ＦＬ１を保持されるようにして、本発明のガラス製又はプラスチック製の第１の対物光学素子ＯＬ１が光軸方向から組み付けられ、接着等により一体化されて、第１の対物光学素子ＯＬ１と第２の対物光学素子ＯＬ２が並列になったレンズユニットＯＥが形成される。
【００７７】
図５は、第１の対物光学素子と第２の対物光学素子とを係合して一体的に形成しているレンズユニットの別の例を示している。プラスチック製の第２の対物光学素子ＯＬ２が、その矩形板状のフランジ部ＦＬ２に段差部ＳＴを有する切欠ＣＴを形成しており、切欠ＣＴ内の段差部ＳＴに、フランジ部ＦＬ１を保持されるようにして、本発明のガラス製又はプラスチック製の第１の対物光学素子ＯＬ１が光軸直交方向から組み付けられ、接着等により一体化されて、第１の対物光学素子ＯＬ１と第２の対物光学素子ＯＬ２が並列になったレンズユニットＯＥが形成される。
【００７８】
尚、図６に示すように、開口ＨＬ又は切欠ＣＴ内に段差ＳＴを形成することなく、第１の対物光学素子ＯＬ１のフランジ部ＦＬ１は、フランジ部ＦＬ２の上面で支持されても良い。或いは、図示していないが、ガラス製又はプラスチック製の第１の対物光学素子ＯＬ１と、プラスチック製の第２の対物光学素子ＯＬ２とを、別部材である保持部材に組み付けることで一体化しても良い。何れの場合も、保持部材が開口を有し、そこに対物レンズ部を嵌め込むように配置する事が好ましい。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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】
【００８３】
本発明によれば、簡単且つ低コストの構成で、ＢＤ及びＨＤに対して、複雑な機構を用いることなく、低コストで、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、しかも、光利用効率の高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になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図７は、第１光ディスクであるＢＤと第２光ディスクであるＨＤ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。
【００８５】
光ピックアップ装置ＰＵ１は、対物光学素子ＯＥ、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＬ、偏光プリズムＰＢＳ、４０５ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する半導体レーザＬＤ（第１光源）と、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とを有する。
【００８６】
プラスチック製の単玉レンズからなる対物光学素子ＯＢＪは、開口数０．６５の範囲内に相当する第１領域ＡＲ１に、第１光路差付与構造と第２光路差付与構造を重畳した構造Ｄ１を形成しており、開口数０．６の範囲外に相当する第２領域ＡＲ２に、第２光路差付与構造Ｄ２を形成している。第１光路差付与構造を通過した光束は、ｍ次回折光とｎ次回折光とに分離される。本実施例においては、ｍ＝０、ｎ＝１である。また、本実施形態において、第２光路差付与構造は、第２光路差付与構造を通過した光束は５次の回折光が最も多く発生するような構造となっている。尚、第２光路差付与構造は、温度変化に応じてプラスチック素材の屈折率変化が生じたことに起因して発生する球面収差を補正するようになっている。
【００８７】
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ＬＤから射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、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、１／４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ＯＥ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。
【００８８】
このとき、対物光学素子ＯＢＪの第１領域ＡＲ１に形成された第１光路差付与構造から発生した０次回折光（透過光）と、第２領域ＡＲ２を通過した第１光束が、ＢＤの情報記録面上に集光されスポットを形成するが、第１光路差付与構造から発生した１次回折光は、ＢＤの情報記録面上に集光されスポットを形成しない。ここで、第１領域ＡＲ１及び第２領域ＡＲ２を通過した光束については、第２光路差付与構造の回折効果により、環境温度の変化に起因した球面収差の発生を有効に補正することができる。
【００８９】
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、１／４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。
【００９０】
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ＬＤから射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、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、１／４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。
【００９１】
このとき、対物光学素子ＯＢＪの第１領域ＡＲ１に形成された第１光路差付与構造から発生した１次回折光が、ＨＤの情報記録面上に集光されスポットを形成するが、第１光路差付与構造から発生した０次回折光（透過光）と、第２領域ＡＲ２を通過した第１光束は、ＨＤの情報記録面上に集光されスポットを形成しない。
【００９２】
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、１／４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。
【００９３】
（実施例）
次に、上述の実施の形態に用いることができる実施例について説明する。
【００９４】
尚、以降の表中の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。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×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。
【００９５】
【数１】
2009230832.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）、Ｋはコーニック定数、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。
【００９７】
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。 
【００９８】
【数２】
2009230832.tif 000004
【００９９】
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。
【０１００】
＜実施例１＞
実施例１は、単玉のプラスチック対物レンズで、有効径が２．４ｍｍのものである。第２光路差付与構造は、光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状であって、輪帯数が９であり、４０５ｎｍの波長が通過した際に５次の回折光が最も多く発生する段差量を有している。また、第１光路差付与構造は、ｍ＝０、ｎ＝１となるような構造となっている。実施例１のレンズデータを表１に示す。また、表１のレンズデータに基づいて、実形状化したデータを表２ａ〜２ｃに示す。
【０１０１】
【表１】
2009230832.tif 000005
【０１０２】
【表２ａ】
2009230832.tif 000006
【０１０３】
【表２ｂ】
2009230832.tif 000007
【０１０４】
【表２ｃ】
2009230832.tif 000008
【０１０５】
尚、実施例１の温度特性のデータを表３に示す。表３の結果からわかるように、温度特性が改善されていることがわかる。
【０１０６】
【表３】
2009230832.tif 000009
【０１０７】
＜実施例２＞
実施例２は、単玉のプラスチック対物レンズで、有効径が実施例１より大きく、３．０ｍｍのものである。第２光路差付与構造は、光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状であって、輪帯数が１３であり、４０５ｎｍの波長が通過した際に５次の回折光が最も多く発生する段差量を有している。また、第１光路差付与構造は、ｍ＝０、ｎ＝１となるような構造となっている。実施例２のレンズデータを表４に示す。また、表４のレンズデータに基づいて、実形状化したデータを表５ａ〜５ｃに示す。
【０１０８】
【表４】
2009230832.tif 000010
【０１０９】
【表５ａ】
2009230832.tif 000011
【０１１０】
【表５ｂ】
2009230832.tif 000012
【０１１１】
尚、実施例２の温度特性のデータを表６に示す。表６の結果からわかるように、温度特性が改善されていることがわかる。
【０１１２】
【表６】
2009230832.tif 000013
【０１１３】
＜実施例３＞
実施例３は、単玉のプラスチック対物レンズで、有効径は実施例２と同様に、３．０ｍｍのものである。第２光路差付与構造は、光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状であって、輪帯数が実施例２より多く、１７であり、４０５ｎｍの波長が通過した際に５次の回折光が最も多く発生する段差量を有している。また、第１光路差付与構造は、ｍ＝０、ｎ＝１となるような構造となっている。実施例３のレンズデータを表７に示す。
【０１１４】
【表７】
2009230832.tif 000014
【０１１５】
尚、実施例３の温度特性のデータを表８に示す。表８の結果からわかるように、温度特性が改善されていることがわかる。
【０１１６】
【表８】
2009230832.tif 000015
【０１１７】
＜実施例４＞
実施例４は、単玉のプラスチック対物レンズで、有効径が実施例１、２、３より大きく、４．０ｍｍのものである。第２光路差付与構造は、光軸から所定の高さまでは、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向外側を向き、所定の高さを超えた後は、光軸に沿って延在する段差面が光軸直交方向内側を向いた形状であって、輪帯数が１９であり、４０５ｎｍの波長が通過した際に５次の回折光が最も多く発生する段差量を有している。また、第１光路差付与構造は、ｍ＝０、ｎ＝１となるような構造となっている。実施例４のレンズデータを表９に示す。また、表９のレンズデータに基づいて、実形状化したデータを表１０ａ〜１０ｃに示す。
【０１１８】
【表９】
2009230832.tif 000016
【０１１９】
【表１０】
2009230832.tif 000017
【０１２０】
尚、実施例４の温度特性のデータを表１１に示す。表１１の結果からわかるように、温度特性が改善されていることがわかる。
【０１２１】
【表１１】
2009230832.tif 000018
【０１２２】
尚、実施例１〜４における本発明に関係する数値を表１２にまとめる。
【０１２３】
【表１２】
2009230832.tif 000019
【０１２４】
また、実施例１〜４について、横軸にＢ（輪帯数）・Ｃ（回折次数）の値を取り、縦軸にＳＡ３（３次球面収差）／ｆ１（ＢＤでの焦点距離）の値をとったグラフを図９に示す。この図９からわかるように、４つの実施例は全て、傾き−０．０００４の直線に近似できる。仮に製造誤差があったとしても、−０．０００５２〜−０．０００２８の傾きの直線に近似できるような値であれば、本発明の効果を享受できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】光路差付与構造により温度変化に起因して生じた球面収差を補正することを説明する図である。
【図２】光路差付与構造の例を示す断面図である。
【図３】本発明に係るレンズユニットの一例の断面図である。
【図４】本発明に係るレンズユニットの一例の概略斜視図である。
【図５】本発明に係るレンズユニットの一例の概略斜視図である。
【図６】本発明に係るレンズユニットの一例の一部断面図である。
【図７】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。
【図８】本発明に係る対物光学素子の一例の一部拡大断面図である。
【図９】横軸にＢ（輪帯数）・Ｃ（回折次数）の値を取り、縦軸にＳＡ３（３次球面収差）／ｆ１（ＢＤでの焦点距離）の値をとったグラフである。
【図１０】輪帯数とＳＡ３との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
ＡＣ ２軸アクチュエータ
ＡＲ１ 第１領域
ＡＲ２ 第２領域
ＣＬ コリメートレンズ
Ｄ１ 第１光路差付与構造
Ｄ２ 第１光路差付与構造
ＬＤ 青紫色半導体レーザ
ＯＢＪ 対物光学素子
ＰＢＳ 偏光プリズム
ＰＤ 受光素子
ＰＬ１ 保護基板
ＰＬ２ 保護基板
ＰＵ１ 光ピックアップ装置
ＱＷＰ １／４波長板
ＲＬ１ 情報記録面
ＲＬ２ 情報記録面
ＳＬ センサ用レンズ
【図１】
2009230832.tif 000020
【図２】
2009230832.tif 000021
【図３】
2009230832.tif 000022
【図４】
2009230832.tif 000023
【図５】
2009230832.tif 000024
【図６】
2009230832.tif 000025
【図７】
2009230832.tif 000026
【図８】
2009230832.tif 000027
【図９】
2009230832.tif 000028
【図１０】
2009230832.tif 000029