(57)【要約】      （修正有）【課題】同一の光束を用いるＢＤとＨＤの対物光学素子での互換を可能とする光ピックアップ装置及び対物光学素子を提供する。【解決手段】波長λ１の光束を出射する光源と、光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクに集光させ、光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護層を有する第２光ディスクに集光させることによって情報の記録や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プラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、その領域は、少なくとも一つの第１光ディスク用領域と、少なくとも一つの第２光ディスク用領域とを有し、前記第１光ディスク用領域を通過した光束は前記第１光ディスクに集光され、前記第２光ディスクに集光されず、前記第２光ディスク用領域を通過した光束は前記第２光ディスクに集光され、前記第１光ディスクに集光されず、前記第１光ディスク用領域には、光路差付与構造が形成されている。【選択図】図１
2009037715.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プラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、
前記複数の領域は、少なくとも一つの第１光ディスク用領域と、少なくとも一つの第２光ディスク用領域とを有し、
前記第１光ディスク用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光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第２光ディスク用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光ディスクの情報記録面上に集光されず、
少なくとも一つの前記第１光ディスク用領域は、光路差付与構造を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記光路差付与構造は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正す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】
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
＋０．０００４５≦δＳＡＴ１／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００２７
但し、δＳＡＴ１は、前記第１光束の使用波長（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、前記第１光束の使用波長（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し、ｆは、前記第１光束における前記対物光学素子の焦点距離を指す。
【請求項４】
前記第１光源から出射された光束の波長λ１が設計波長であるとした場合において、環境温度が２５℃から５５℃に変化した場合において、前記第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０．０７０λ１ｒｍｓ以下を満たす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】
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
０≦δＳＡＴ２／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００１７
但し、δＳＡＴ２は、前記第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、前記第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。
【請求項６】
前記光ピックアップ装置の前記集光光学系は、カップリングレンズを有し、
前記カップリングレンズは、プラスチックレンズであり、
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
０≦δＳＡＴ３／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００１２
但し、δＳＡＴ３は、前記第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カップリングレンズと前記対物光学素子を含んだ前記集光光学系全体のδＳＡ３／δＴ、即ち、前記第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集光光学系全体の３次球面収差の温度変化率を指す。
【請求項７】
前記光路差付与構造は温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第１基礎構造のみからなることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記第１基礎構造はＮＰＳ構造であることを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記光路差付与構造は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第１基礎構造と、前記第１光源から出射される光束の波長変化に基づく軸上色収差を補正する第２基礎構造とを重畳してなることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
前記第１基礎構造はＮＰＳ構造であり、前記第２基礎構造は回折構造であることを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記ＮＰＳ構造は、前記ＮＰＳ構造を通過した前記第１光束のｐ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構造であり、
前記回折構造は、前記回折構造を通過した前記第１光束のｑ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構造であって、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
ｐ≧ｑ      （１）
【請求項１２】
前記回折構造及び前記ＮＰＳ構造は、共に段差を有し、前記回折構造の段差の光軸方向の段差量が、前記ＮＰＳ構造の段差の光軸方向の段差量よりも小さいことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
前記光路差付与構造は、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１４】
前記対物光学素子は単玉であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１５】
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用いる対物光学素子において、
前記対物光学素子はプラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、
前記複数の領域は、少なくとも一つの第１光ディスク用領域と、少なくとも一つの第２光ディスク用領域とを有し、
前記第１光ディスク用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光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第２光ディスク用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光ディスクの情報記録面上に集光されず、
少なくとも一つの前記第１光ディスク用領域は、光路差付与構造を有することを特徴とする対物光学素子。
【請求項１６】
前記光路差付与構造は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正す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】
以下の条件式を満たす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。
＋０．０００４５≦δＳＡＴ１／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００２７
−０．０４５≦δＳＡλ／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（ｎｍ・ｍｍ））≦−０．００４５
但し、δＳＡＴ１は、前記第１光束の使用波長（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、前記第１光束の使用波長（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し、δＳＡλは、前記第１光束の使用波長における前記第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際のδＳＡ３／δλ、即ち、前記第１光束の使用波長における前記第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次球面収差の波長変化率を指し、ｆは、前記第１光束における前記対物光学素子の焦点距離を指す。
【請求項１８】
以下の条件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光ピックアップ装置。
０≦δＳＡＴ２／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００１７
但し、δＳＡＴ２は、前記第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、前記第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。
【請求項１９】
前記光路差付与構造は温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第１基礎構造のみからなることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項２０】
前記第１基礎構造はＮＰＳ構造であることを特徴とする請求項１９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２１】
前記光路差付与構造は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第１基礎構造と、前記第１光源から出射される光束の波長変化に基づく軸上色収差を補正する第２基礎構造とを重畳してなることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項２２】
前記第１基礎構造はＮＰＳ構造であり、前記第２基礎構造は回折構造であることを特徴とする請求項２１に記載の対物光学素子。
【請求項２３】
前記ＮＰＳ構造は、前記ＮＰＳ構造を通過した前記第１光束のｐ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構造であり、
前記回折構造は、前記回折構造を通過した前記第１光束のｑ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構造であって、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項２２に記載の対物光学素子。
ｐ≧ｑ      （１）
【請求項２４】
前記回折構造及び前記ＮＰＳ構造は、共に段差を有し、前記回折構造の段差の光軸方向の段差量が、前記ＮＰＳ構造の段差の光軸方向の段差量よりも小さいことを特徴とする請求項２２又は２３に記載の対物光学素子。
【請求項２５】
前記光路差付与構造は、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなることを特徴とする請求項１５〜２４のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項２６】
単玉であることを特徴とする請求項１５〜２５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て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、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。 
【０００４】
ところが、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、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】
これに対し、特許文献１には、液晶を用いて、ＢＤとＨＤの記録／再生時に異なる収差を与え、一つの対物光学素子での互換を可能としている対物光学素子及び光ピックアップ装置が記載されている。また、特許文献２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。 
【特許文献１】特開２００７−２６５４０号公報
【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は、液晶を必要とするため、電力の供給、電気的制御などが必要となり、機構が複雑化し、コストが高くなってしまうという問題があった。 
【０００７】
また、上記の特許文献２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。
【０００８】
これに対し、対物光学素子の光学面に、ＢＤ用の屈折面とＨＤ用の屈折面とを分割して設け、ＢＤとＨＤの互換使用を実現しようとする試みがある。かかる試みによれば、液晶素子等を用いないので、構造が簡素化されて省エネが図れると共に、回折構造等を用いないので、光の利用効率を高めることができるというメリットがある。
【０００９】
ところで、対物光学素子をプラスチックで成形すると、大量生産が可能になり、安価で高精度な面形状を創成できるというメリットがある一方、環境変化に対する屈折率変化が比較的大きいというデメリットがある。しかるに、特にＢＤの仕様によれば高ＮＡであることから、対物光学素子に求められる収差の許容範囲が非常に狭くなるのに対し、プラスチック製の対物光学素子では、例えば環境温度変化による屈折率変化や光源の波長変化に起因して発生する球面収差が許容範囲を超えやすく、これにより適切な情報の記録／再生を行えなくなるという問題がある。
【００１０】
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、光利用効率が高く、環境温度変化が起きたとしても球面収差の変化を抑えられる光ピックアップ装置及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】
【００１１】
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プラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、
前記複数の領域は、少なくとも一つの第１光ディスク用領域と、少なくとも一つの第２光ディスク用領域とを有し、
前記第１光ディスク用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光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第２光ディスク用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光ディスクの情報記録面上に集光されず、
少なくとも一つの前記第１光ディスク用領域は、光路差付与構造を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、前記第１光ディスク用領域に光路差付与構造を形成することによって、前記第１光ディスク用領域を通過した光束の殆どが、前記第１光ディスクの情報記録面上にスポットを形成し、且つ情報記録面からの反射光の殆どが、前記第１光ディスク用領域を通過して、光ピックアップ装置の光検出器に受光されるため、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、少なくとも一つの前記第１光ディスク用領域に光路差付与構造を形成することによって、種々の球面収差等の補正を行うことが出来、適切に情報の記録／再生を行うことができる。尚、前記第２光ディスク用領域を屈折面とすることで、同様に光の利用効率を高めることができるが、ここに光路差付与構造を設けても良い。
【００１３】
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、前記光路差付与構造は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１又は２に記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
＋０．０００４５≦δＳＡＴ１／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００２７
但し、δＳＡＴ１は、前記第１光束の使用波長（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、前記第１光束の使用波長（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し、ｆは、前記第１光束における前記対物光学素子の焦点距離を指す。
【００１５】
請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜３にいずれかに記載の発明において、前記第１光源から出射された光束の波長λ１が設計波長であるとした場合において、環境温度が２５℃から５５℃に変化した場合において、前記第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０．０７０λ１ｒｍｓ以下を満たすことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
０≦δＳＡＴ２／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００１７
但し、δＳＡＴ２は、前記第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、前記第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。
【００１７】
請求項６に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記光ピックアップ装置の前記集光光学系は、カップリングレンズを有し、
前記カップリングレンズは、プラスチックレンズであり、
以下の条件式を満たすことを特徴とする。
０≦δＳＡＴ３／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００１２
但し、δＳＡＴ３は、前記第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カップリングレンズと前記対物光学素子を含んだ前記集光光学系全体のδＳＡ３／δＴ、即ち、前記第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集光光学系全体の３次球面収差の温度変化率を指す。
【００１８】
請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項２〜６のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第１基礎構造のみからなることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の光ピックアップ装置は、請求項７に記載の発明において、前記第１基礎構造はＮＰＳ構造であることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の光ピックアップ装置は、請求項２〜６のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は、前記対物光学素子の温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第１基礎構造と、前記第１光源から出射される光束の波長変化に基づく軸上色収差を補正する第２基礎構造とを重畳してなることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、請求項９に記載の発明において、前記第１基礎構造はＮＰＳ構造であり、前記第２基礎構造は回折構造であることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、請求項１０に記載の発明において、前記ＮＰＳ構造は、前記ＮＰＳ構造を通過した前記第１光束のｐ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構造であり、前記回折構造は、前記回折構造を通過した前記第１光束のｑ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構造であって、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｐ≧ｑ      （１）
【００２３】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１０又は１１に記載の発明において、前記回折構造及び前記ＮＰＳ構造は、共に段差を有し、前記回折構造の段差の光軸方向の段差量が、前記ＮＰＳ構造の段差の光軸方向の段差量よりも小さいことを特徴とする。
【００２４】
請求項１３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜１２のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなることを特徴とする。
【００２５】
請求項１４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜１３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であることを特徴とする。
【００２６】
請求項１５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に用いる対物光学素子において、
前記対物光学素子はプラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、
前記複数の領域は、少なくとも一つの第１光ディスク用領域と、少なくとも一つの第２光ディスク用領域とを有し、
前記第１光ディスク用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光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第２光ディスク用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光ディスクの情報記録面上に集光されず、
少なくとも一つの前記第１光ディスク用領域は、光路差付与構造を有することを特徴とする。
【００２７】
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、前記光路差付与構造は、前記対物光学素子の温度変化に起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする。
【００２８】
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、  以下の条件式を満たすことを特徴とする。
＋０．０００４５≦δＳＡＴ１／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００２７
−０．０４５≦δＳＡλ／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（ｎｍ・ｍｍ））≦−０．００４５
但し、δＳＡＴ１は、前記第１光束の使用波長（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、前記第１光束の使用波長（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し、δＳＡλは、前記第１光束の使用波長における前記第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際のδＳＡ３／δλ、即ち、前記第１光束の使用波長における前記第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次球面収差の波長変化率を指し、ｆは、前記第１光束における前記対物光学素子の焦点距離を指す。
【００２９】
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、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
０≦δＳＡＴ２／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００１７
但し、δＳＡＴ２は、前記第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、前記第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。
【００３０】
請求項１９に記載の対物光学素子は、請求項１６〜１８のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第１基礎構造のみからなることを特徴とする。
【００３１】
請求項２０に記載の対物光学素子は、請求項１９に記載の発明において、前記第１基礎構造はＮＰＳ構造であることを特徴とする。
【００３２】
請求項２１に記載の対物光学素子は、請求項１６〜１８のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は、前記対物光学素子の温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第１基礎構造と、前記第１光源から出射される光束の波長変化に基づく軸上色収差を補正する第２基礎構造とを重畳してなることを特徴とする。
【００３３】
請求項２２に記載の対物光学素子は、請求項２１に記載の発明において、前記第１基礎構造はＮＰＳ構造であり、前記第２基礎構造は回折構造であることを特徴とする。
【００３４】
請求項２３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ＮＰＳ構造は、前記ＮＰＳ構造を通過した前記第１光束のｐ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構造であり、前記回折構造は、前記回折構造を通過した前記第１光束のｑ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構造であって、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｐ≧ｑ      （１）
【００３５】
請求項２４に記載の対物光学素子は、請求項２２又は２３に記載の発明において、前記回折構造及び前記ＮＰＳ構造は、共に段差を有し、前記回折構造の段差の光軸方向の段差量が、前記ＮＰＳ構造の段差の光軸方向の段差量よりも小さいことを特徴とする。
【００３６】
請求項２５に記載の対物光学素子は、請求項１５〜２４のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなることを特徴とする。
【００３７】
請求項２６に記載の対物光学素子は、請求項１５〜２５のいずれかに記載の発明において、単玉であることを特徴とする。
【００３８】
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／再生を行うものである。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４に関しては、以下の条件式（２）、（３）、（４）、（５）を満たすことが好ましいが、これに限られない。
【００４３】
０．０７５０ｍｍ≦ｔ１≦０．１１２５ｍｍ        （２）
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ                    （３）
０．５ｍｍ≦ｔ３≦０．７ｍｍ                    （４）
１．０ｍｍ≦ｔ４≦１．３ｍｍ                    （５）
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
また、対物光学素子は、プラスチック製のレンズである。対物光学素子が単玉のレンズである場合、プラスチックレンズとなる。また、対物光学素子が複数の光学素子からなる場合、全ての光学素子がプラスチック製であることが好ましい。プラスチックとしては、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。
【００５０】
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対物光学素子の像側開口数を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対物光学素子の像側開口数をＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）とし、第３光ディスクに対して情報を記録／再生ができるようにするために必要な対物光学素子の像側開口数をＮＡ３（ＮＡ２≧ＮＡ３）とし、第４光ディスクに対して情報を記録／再生ができるようにするために必要な対物光学素子の像側開口数を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。
【００５１】
対物光学素子は、少なくとも光軸を含む第１領域と、第１領域の周囲の第２領域とに分けられていてもよい。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。また、第２領域の周囲に、更に第３領域を有していてもよい。
【００５２】
対物光学素子の第１領域を通過した第１光束は、第１光ディスク及び第２光ディスクの記録／再生に用いられ、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。即ち、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（後述する第１光ディスク用領域＋第２の光ディスク用領域）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（後述する第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。
【００５３】
対物光学素子を別の観点で捉える場合、対物光学素子の光学面が同心円状の複数の領域に分割され、当該複数の領域が少なくとも一つの第１光ディスク用領域と少なくとも一つの第２光ディスク用領域とを有していると言える。尚、第１光ディスク用領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光され、第２光ディスクの情報記録面上に集光されず、第２光ディスク領域を通過した第１光束は、第２光ディスクの情報記録面上に情報の記録／再生ができるように集光され、第１光ディスクの情報記録面上に集光されない。
【００５４】
即ち、第１光ディスク用領域を通過した第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り、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い。逆に、第２光ディスク用領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの情報記録面上では、情報の記録／再生ができないほどに収差が大きくなり、第２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。
【００５５】
第１光ディスク用領域と第２光ディスク用領域は、それぞれ非球面屈折面であってもよいし、光路差付与構造が設けられていてもよい。また、対物光学素子は、第１光ディスク用領域と第２光ディスク用領域のみを有していることが好ましい。また、第１光ディスク用領域と第２光ディスク用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光ディスク用領域であっても、第２光ディスク用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光ディスク用領域ＢＡであり、その周囲に非球面屈折面である第２光ディスク用領域ＨＡがあり、更にその周囲に非球面屈折面である第１光ディスク用領域ＢＡ２がある。また、図２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光ディスク用領域ＢＡであり、その周囲に光路差付与構造を有する第２光ディスク用領域ＨＡがあり、更にその周囲に非球面屈折面である第１光ディスク用領域ＢＡ２がある。
【００５６】
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光ディスク用領域と第２光ディスク用領域とを合わせた輪帯数が、３以上、１０以下であることが好ましい。輪帯数を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光ディスク用領域ＢＡ１とし、その周りを第２光ディスク用領域ＨＡ、更にその周りの最外周の領域（第２領域）を第１光ディスク用領域ＢＡ２とする例（但し、光路差付与構造は省略している）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光ディスク用領域と第２光ディスク用領域とを合わせた輪帯数を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、輪帯数を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、上記の好ましい輪帯数の範囲を適用可能である。
【００５７】
次に、第２光ディスクの記録／再生を行う際に、第１光ディスク用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光ディスク用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光ディスク用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（６）を満たすことが好ましい。
２・ｆ１・NA１´> ２・ｆ２・NA２´               （６）
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光ディスク用領域の焦点距離、ＮＡ１´は対物光学素子の第１光ディスク用領域の正弦条件を満足する最大開口数、ＮＡ２´物光学素子の第２光ディスク用領域の正弦条件を満足する最大開口数を示す。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。
【００５８】
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。
【００５９】
先ず、光軸を含む最も中心に近い領域が第２光ディスク用領域である場合は、第１光ディスク用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光ディスク用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、第１光ディスク用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。
【００６０】
次に、光軸を含む最も中心に近い領域が第１光ディスク用領域である場合は、第２光ディスク用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、第２光ディスク用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。
【００６１】
次に、単玉レンズである対物光学素子の軸外特性を良好にするための構成として、１）第１光ディスク用領域と第２光ディスク用領域との非球面形状を変えるか、または、２）例えば、図２に示すように、第２光ディスク用領域に光路差付与構造を設ける、等の構成が考えられる。尚、ここでいう軸外特性を良好にするとは、光束が０．５°の斜入射で対物光学素子に入射したときに、波面収差が０．１ＲＭＳ以下となることをいう。
【００６２】
１）の第１光ディスク用領域と第２光ディスク用領域との非球面形状を異ならせる構成の場合、第１光ディスクの記録／再生時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光ディスクの記録／再生時における対物光学素子のワーキングディスタンス（ＷＤ2）との差の絶対値（｜ＷＤ1−ＷＤ2|）を０．１（ｍｍ）以上とするように設計する事が好ましい。
【００６３】
一方で、光学面において大きな段差を生じさせないようにするためには、２）のように第２光ディスク用領域に光路差付与構造を設けることにより、軸外特性を良好にする事が好ましい。他の設計条件に応じて、上述の１）の方法とするか、２）の方法とするかを使い分ければよい。
【００６４】
好ましい一態様として、第１光ディスク用領域に、後述するような温度変化に起因して発生する球面収差を補正する光路差付与構造を設け、第２光ディスク用領域に、段差を低減するための上述した光路差付与構造を設ける対物光学素子というものが挙げられる。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。
【００６５】
尚、単玉の対物光学素子の光ディスク側の光学面において、第１光ディスクの記録／再生に用いられる光束が通過する領域と、第２光ディスクの記録／再生に用いられる光束が通過する領域とが、重ならないような対物光学素子であると、光量のロスを減らすことができるため好ましい。この観点を重視する場合は、対物光学素子の輪帯数が少ない方が好ましい。例えば、３輪帯の対物光学素子であることが好ましい。
【００６６】
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３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光ディスク用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。
【００６７】
図３に示す例に限らず、第１光ディスク用領域と第２光ディスク用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。
【００６８】
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（７）を満たすことが望ましい。
０．１ｍｍ  ≦  Δ  ≦  １．０ｍｍ            （７）
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。
【００６９】
尚、図１に示すように、単玉の対物光学素子に、第１光ディスク用領域と第２光ディスク用領域を設ける場合、各領域の境界で大きな段差（例えば、光軸方向に５０μｍ以上の段差）を生じる可能性がある。この様な大きな段差は、対物光学素子を金型を用いて成形する場合、金型から光学素子を抜く際の支障となる可能性があり、対物光学素子の製造がより困難なものとなる。そこで、各領域の境界で大きな段差（例えば、光軸方向に５０μｍ以上の段差）を生じる場合には、金型から抜きやすくするために、その段差部分に光軸に対して傾いている傾斜面（テーパ）を設けることが好ましい。例えば、図１に示すような、中間の領域が光軸方向に凹んでいる形状の場合には、図４に示すように、段差面が光軸の方を向いている面ＳＳ１のみを傾斜面とし、段差面が光軸とは逆の方向を向いている面ＳＳ２は傾斜面としないことが、光学性能に与える影響を最低限にし、テーパを設ける事による光量のロスを低減でき、金型から抜きやすくできるため、好ましい。
【００７０】
尚、対物光学素子は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正するための光路差付与構造を少なくとも一つの第１光ディスク用領域に有していることが好ましい。また、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。
【００７１】
尚、温度変化に起因して発生する球面収差を補正するための光路差付与構造を、全ての第１光ディスク用領域に設けることが好ましいが、一部の第１光ディスク用領域のみに設けてもよい。例えば、最も光軸に近い第１光ディスク用領域の構造が複雑になるのを避けるために、最も光軸に近い第１光ディスク用領域には温度変化に起因して発生する球面収差を補正するための光路差付与構造を設けないようにしてもよい。また、最も光軸から離れている第１光ディスク用領域にのみ温度変化に起因して発生する球面収差を補正するための光路差付与構造を設けるようにしてもよい。
【００７２】
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。
【００７３】
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光束における対物光学素子の焦点距離を指す。
【００７４】
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光束における対物光学素子の焦点距離を指す。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
尚、光路差付与構造は温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第１基礎構造のみからなっていてもよいし、温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第１基礎構造と、第１光源から出射される光束の波長変化に基づく軸上色収差を補正する第２基礎構造とを重畳してなっていてもよい。尚、第１基礎構造はＮＰＳ構造であることが好ましく、第２基礎構造は回折構造であることが好ましい。
【００７８】
ここで、本明細書でいうＮＰＳ構造と回折構造の効果について、図５を用いて説明する。図５の横軸は対物光学素子の入射瞳における入射高さｈを示し、縦軸は光軸を通過する光線と入射高さｈを通過する光線との光路差を示している。曲線と横軸とで囲まれた部分の面積を収差の量と捉える事ができる。対物光学素子に入射する光束の波長ｘとし、環境温度２５℃において、非球面の屈折面のみを有し、光軸を通過する光線といずれの入射高さｈを通過する光線との光路差が０である（即ち横軸に重なる直線）対物光学素子を基準として考える。当該非球面の対物光学素子では、環境温度を、例えば５５℃とした際には、ＡＳで示されるように、光軸を通過する光線と入射高さhを通過する光線とでは光路差が生じ、ＡＳと横軸で囲まれた面積に相当する収差が発生する。次に、当該非球面の対物光学素子に、波長ｘに最適化した輪帯状の段差構造Ｘを複数設ける。環境温度を５５℃とし、波長ｘが当該段差構造Ｘを有する対物光学素子に入射した際に、曲線ＡＳから全体的に横軸に近づいた滑らかな曲線ＤＳとなる場合、当該段差構造Ｘは、本明細書でいう回折構造である。回折構造を設けることにより、光路差を示す曲線が全体的に横軸に近づくため、曲線と横軸で囲まれる面積が減少し、温度変化により生じる収差が減っている事が分かる。次に、前述の非球面の対物光学素子に、波長ｘに最適化した、前述とは異なる複数の輪帯状の段差構造Ｙを設ける。環境温度を５５℃とし、波長ｘが当該段差構造Ｙを有する光学素子に入射した際に、曲線ＡＳから不連続部を有する断続的なＮＰＳで示す曲線となる場合、当該段差構造Ｙは、本明細書でいうＮＰＳ構造である。尚、ＮＰＳ構造と回折構造とを組み合わせた場合、図５でＮＰＳ＋ＤＳで示す曲線となり、ハッチングで示すような面積に相当する収差となる。
【００７９】
一般的には、温度特性（温度変化に対する収差劣化の特性）が向上するようなNPS構造を対物光学素子に設けると、波長特性（入射光束の波長変化に対する収差劣化の特性）は悪化する。より具体的には、温度特性を向上するＮＰＳ構造は、温度が高温側に変化した際、及び、波長が長波長側に変化した際には、球面収差がアンダー（補正不足）となる方向に変化するため、温度が高温側に変化した際に生じる球面収差のオーバー（補正過剰）度合いを低減するが、波長が長波長側に変化した際に生じる球面収差のアンダー度合いを増加させてしまう。一方、対物光学素子に回折構造を設けることで、軸上色収差の補正が可能となるが、波長特性がＮＰＳ構造とは逆の方向に変化する。即ち、回折構造は、波長が長波長側に変化した際に、球面収差がオーバーとなる方向に変化する。しかしながら、波長が変化した際に生じる球面収差の変化方向がNPS構造と回折構造とでは逆方向となり、丁度打ち消しあうように作用するため、NPS構造と回折構造を重ね合わせた構造を持つ対物光学素子では波長特性は良好となる。
【００８０】
更に、ＮＰＳ構造と回折構造とを、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。また、光路差付与構造は、対物光学素子の光ディスク側の面よりも、対物光学素子の光源側の面に設けられることが好ましい。
【００８１】
ＮＰＳ構造は、ＮＰＳ構造を通過した光束のｐ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構造であり、回折構造は、回折構造を通過した光束のｑ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構造であって、以下の条件式を満たすことが好ましい。
ｐ≧ｑ      （１）
【００８２】
尚、ｐは５又は４である事が好ましい。ｐを５又は４とすることで、環境温度変化時、及び／または、波長変化時に、NPS構造で生じる回折効率変化を小さく抑えることができるとともに、一方で、ＮＰＳ構造の輪帯のピッチが細かくなりすぎる事も抑えられ、製造しやすい対物光学素子となるため好ましい。また、ｑは２又は１である事が好ましい。特に、（ｐ、ｑ）＝（５，２）又は（４，２）であると回折効率が高まるので好ましい。
【００８３】
回折構造の段差の光軸方向の段差量が、ＮＰＳ構造の段差量よりも小さい事が好ましい。また、ＮＰＳ構造と回折を重畳する場合かＮＰＳ構造のみを設ける場合かに関わらず、ＮＰＳ構造の全ての段差量は、０．９・ｐ・λ１／（ｎ−１）以上、２．０・ｐ・λ１／（ｎ−１）以下を満たす事が好ましい。尚、ｎは波長λ１における対物光学素子の屈折率である。また、回折構造の全ての段差量は、０．９・ｑ・λ１／（ｎ−１）以上、２．０・ｑ・λ１／（ｎ−１）以下であることが好ましい。特に、ＮＰＳ構造の段差量は、ＮＡ０．４５以内において、０．９・ｐ・λ１／（ｎ−１）以上、１．１・ｐ・λ１／（ｎ−１）以下を満たす事が好ましい。また、回折構造の段差量は、ＮＡ０．４５以内において、０．９・ｑ・λ１／（ｎ−１）以上、１．１・ｑ・λ１／（ｎ−１）以下であることが好ましい。
【００８４】
ＮＰＳ構造と回折構造を重ね合わせた光路差付与構造の全ての段差量は、以下の条件式（８）〜（１１）に示すｄＡ、ｄＢ、ｄＣ、ｄＤの少なくとも３つからなることが好ましい。特に好ましくは、全ての段差量が、ｄＡ、ｄＣ、ｄＤの３つのみからなることである。ＮＰＳ構造の段差の位置が回折構造の段差の位置と一致する様に、ＮＰＳ構造と回折構造とを重ねる事により、本構成が達成できる。
０．９・ｑ・λ１／（ｎ−１）≦ｄＡ≦２．０・ｑ・λ１／（ｎ−１）  （８）
０．９・ｐ・λ１／（ｎ−１）≦ｄＢ≦２．０・ｐ・λ１／（ｎ−１）  （９）
０．９・（ｐ−ｑ）・λ１／（ｎ−１）≦ｄＣ≦２．０・（ｐ−ｑ）・λ１／（ｎ−１）    （１０）
０．９・（ｐ＋ｑ）・λ１／（ｎ−１）≦ｄＤ≦２．０・（ｐ＋ｑ）・λ１／（ｎ−１）    （１１）
但し、ｎはλ１の光束における対物光学素子の屈折率を示す。
【００８５】
また、光路差付与構造の段差量は、ＮＡ０．４５以内において全ての段差量が、以下の条件式（１２）〜（１５）に示す、ｄＡ‘、ｄＢ’、ｄＣ‘、ｄＤ’の少なくとも２つからなることが好ましい。特に好ましくは、ＮＡ０．４５以内において全ての段差量がｄＡ‘、ｄＣ’の２つのみからなることである。
０．９・ｑ・λ１／（ｎ−１）≦ｄＡ‘≦１．１・ｑ・λ１／（ｎ−１）      
（１２）
０．９・ｐ・λ１／（ｎ−１）≦ｄＢ‘≦１．１・ｐ・λ１／（ｎ−１）  
（１３）
０．９・（ｐ−ｑ）・λ１／（ｎ−１）≦ｄＣ‘≦１．１・（ｐ−ｑ）・λ１／（ｎ−１）    （１４）
０．９・（ｐ＋ｑ）・λ１／（ｎ−１）≦ｄＤ‘≦１．１・（ｐ＋ｑ）・λ１／（ｎ−１）    （１５）
【００８６】
また、ＮＰＳ構造と回折構造とを重ね合わせた光路差付与構造を、形状の観点から、以下の様に捉える事もできる。
【００８７】
即ち、対物光学素子の光学面が、同心円状の複数の境界段差で区切られた複数の領域に分けられており、境界段差で区切られた各領域が、同心円状の複数の領域内段差を有している、という捉え方である。ここでいう境界段差が、前述のＮＰＳ構造の段差のことであり、領域内段差は、回折構造の段差のことである。回折構造の段差の光軸方向の段差量が、ＮＰＳ構造の段差の光軸方向の段差量よりも小さいと好ましい。尚、境界段差は、ＮＰＳ構造の段差と回折構造の段差が重なっている場合もあり得る。
【００８８】
なお、各領域のうち、光軸に近い側の領域では境界段差が光軸とは逆側を向いており、光軸から離れた側の領域では前記境界段差が光軸側を向いていることが好ましい。本明細書において「境界段差が光軸とは逆側を向いている」とは、図６における１，２，３のように、段差を構成する面が光軸とは逆の方向（矢印方向）を向いていることをいう。また、「境界段差が光軸側を向いている」とは、図６における４，５，６のように、段差を構成する面が光軸の方向（矢印方向）を向いていることをいう。即ち、ＮＰＳ構造は、図６に示すような構造である事が好ましい。また、光軸とは逆側を向いている段差の数と、光軸側を向いている段差の数とが等しい事が好ましい。
【００８９】
また、領域内段差は、全て光軸側を向いていることが好ましい。
【００９０】
また、各領域においては、境界段差の段差量は、領域内段差の段差量よりも大きいことが好ましい。
【００９１】
ＮＰＳ構造と回折構造とを重ね合わせた光路差付与構造の設計方法としては、例えば、以下の様に設計することができる。まず、ＮＰＳ構造の回折次数であるｐを決め、そして、光学面をいくつの領域に分割するかを決めた後、非球面係数を用いた非球面の式に基づいて、ＮＰＳ構造を設計することができる。次に、回折構造の回折次数であるｑを決め、ＮＰＳ構造の各領域において、位相差関数を用いて回折構造を設計することにより、ＮＰＳ構造と回折構造が重ね合わせた光路差付与構造を得ることができる。位相差関数に基づいて回折構造を設計するので、位相差関数の位相差がｍ・２π毎（ｍは整数）に回折構造のピッチが対応するように設定される。この事により、回折構造のピッチは周期的であると捉えることができる。但し、ＮＰＳ構造の各領域において光路差関数を用いて回折構造を設計する際に、ＮＰＳ構造の段差（境界段差）と、各領域における回折構造の最も外側の段差の位置とが一致するように回折構造やＮＰＳ構造のピッチを若干ずらすなどの微調整を行うことも可能である。なお、本発明の光学素子の設計方法は上記に限定されるものではなく、結果として本発明の光学素子を得られればよく、いかなる設計方法であっても用いることが可能である。
【００９２】
なお、光路差付与構造は、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなることが好ましい。本明細書において「巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなる」とは、図６に示すように、面頂点Ｐから光軸直交方向に、段差１，２，３と過ぎるにつれて順次面頂点から遠くなり、それを過ぎると逆に段差４，５，６と過ぎるにつれて順次面頂点Ｐに近づくような形状をいう。
【００９３】
また、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。  
【００９４】
更に、温度変化に起因して発生する球面収差を低減させる光路差付与構造に、第３光ディスクや第４光ディスクとの互換を目的とした光路差付与構造を、重ね合わせてもよい。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、光ディスク側の光学面に設けるようにしてもよい。
【００９５】
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光学素子が光路差付与構造を有していてもよい。この場合、第１光学素子は平板状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。好ましい例としては、例えば、平板状の第１光学素子に段差を設け、それによって複数の領域に分割し、第１光学素子の最外周部に相当する領域は、平面とした構成である。更に、第３光ディスクや第４光ディスクとの互換を目的とした光路差付与構造や、温度変化時や波長変化時に発生する収差の変化を補正する事を目的とした光路差付与構造を、重ね合わせてもよい。
【００９６】
次に、光路差付与構造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（８）で表すことができる。
ｄ１＝ａ・λ１／（ｎ−１）        （８）
但し、ｎは、波長λ１の光束における光路差付与構造を有する光学素子の屈折率である。
【００９７】
なお、第１光ディスクと第２光ディスクだけでなく、他の光ディスクに対する互換も一つの対物光学素子で行う場合、以下のような態様が考えられる。
【００９８】
第一の例としては、例えば、第３光源から射出される波長λ３の第３光束を当該対物光学素子により第４光ディスクの情報記録面上に集光させる場合であって、波長λ３が波長λ１の略整数倍である場合、回折構造によって第４光ディスクとの互換を可能にしようとすると、１）λ１の第１光束とλ３の第３光束とで、回折角を異ならせることが困難となり、また、２）第１光束と第３光束の回折角を異ならせることができる特殊な回折構造を用いた場合は、光利用効率が低下する、という問題がある。そこで、第２領域中に、第１光ディスク用領域、第２光ディスク用領域に加えて、第４光ディスク用領域を設けるようにしてもよい。例えば、図７に示すように、光軸を含む内側の領域から順に、第４光ディスク用領域ＣＤ、第１光ディスク用領域ＢＤ、第２光ディスク用領域ＨＤ、更にその外側に、第２領域である第１光ディスク用領域ＢＤを設ける例などが考えられる。尚、波長λ３が波長λ１の略整数倍であるとは、以下の条件式（９）を満たすことをいう。
（ｍ−０．２）・λ１≦λ３≦（ｍ＋０．２）・λ１ （９）
尚、ｍは２以上の任意の正の整数を表す。
【００９９】
また、上述のような第４光ディスク用領域を設ける場合、第４光ディスク用領域の最大像側開口数を、第４光ディスクの記録／再生に用いられる規格とされている開口数よりも小さくすることが好ましい。従って、第４光ディスク用領域の最大有効径が、２・ｆ４・ＮＡ４より小さくなる事が好ましい。なお、ｆ４は、第３光束における対物光学素子の第４光ディスク用領域の焦点距離、ＮＡ４は、第４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４光ディスクがＣＤである場合、第４光ディスク用領域の最大像側開口数が０．４５より小さい事が好ましい。より好ましくは、０．４３以下である。また、第４光ディスクがＣＤである場合、第４光ディスク用領域の最大有効径が、２・ｆＣＤ・０．４５より小さい事が好ましく、より好ましくは、２・ｆＣＤ・０．４３以下である。なお、ｆＣＤは、ＣＤ用の光束における対物光学素子のＣＤ専用領域の焦点距離を表す。
【０１００】
さらに、第２領域内の、第４光ディスク用領域、第１光ディスク用領域、第２光ディスク用領域の少なくとも一つに、光路差付与構造を設けることにより、第３光ディスク（例えば、ＤＶＤ）の記録／再生を可能にするようにしてもよい。例えば、図８に示すように、光軸を含む内側の領域から順に、第４光ディスク用領域ＣＤ、第１光ディスク用領域ＢＤ、第２光ディスク用領域ＨＤ、更にその外側に、第２領域である第１光ディスク用領域ＢＤとし、第４光ディスク用領域ＣＤ、内側の第１光ディスク用領域ＢＤ及び第２光ディスク用領域ＨＤに、第３光ディスクの記録／再生を可能とする光路差付与構造ＤＶＤを設ける例などが考えられる。
【０１０１】
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。
【０１０２】
尚、図９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光ディスク及び／又は第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９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１０又は図１１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。
【０１０３】
図１０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。
【０１０４】
図１１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。
【０１０５】
尚、図１２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、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。
【０１０６】
第１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光束の、対物光学素子への入射光束の倍率ｍ１が、下記の式（１０）を満たすことである。
−０．０２＜ｍ１＜０．０２          （１０）
【０１０７】
一方で、第１光束を発散光として対物光学素子に入射させる場合、第１光束の対物光学素子への入射光束の倍率ｍ１が、下記の式（１１）を満たすことが好ましい。
−０．１０＜ｍ１＜０．００          （１１）
【０１０８】
尚、第１光ディスクの記録／再生時と、第２光ディスク記録／再生時の両方において正弦条件を両立させるためには、以下の条件式（１２）を満たすことが好ましい。
ｍ１１＜ｍ１２          （１２）
尚、ｍ１１は、第１光ディスクの記録／再生時の、第１光束の対物光学素子への入射光束の倍率を示し、ｍ１２は、第２光ディスクの記録／再生時の、第１光束の対物光学素子への入射光束の倍率を示す。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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】
【０１１４】
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、光利用効率が高く、温度が変化した場合であっても安定して記録／再生を行える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】
【０１１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１３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。
【０１１６】
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、４０５ｎｍのレーザ光束（光束）を射出する半導体レーザＬＤ、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。
【０１１７】
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１領域ＡＲ１，ＡＲ３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べく、光路差付与構造が形成されており、図示していないが、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなっている。
【０１１８】
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から射出された光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、実線で示すように、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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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から射出された光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、一点鎖線で示すように、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。
【０１２２】
このとき、対物光学素子ＯＢＪの第２領域ＡＲ２を通過した光束は、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。（図１においてＨＤの記録／再生時には、光束は第１領域ＡＲ３に入射しない様に見えるが、実際は第１領域ＡＲ３にも入射している。）
【０１２３】
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。
【０１２４】
（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。実施例１は、単玉レンズの対物光学素子である。表１に、実施例１のレンズデータを示す。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。図１４に実施例１の対物光学素子の断面図を示す。
【０１２５】
【表１】
2009037715.tif 000003
【０１２６】
実施例１において、第１光ディスクはＢＤ、第２光ディスクはＨＤである。２−１面〜２−３面が、第１光ディスク用領域であり、２−４面が、第２光ディスク用領域であり、２−５面〜２−１３面が、第１光ディスク用領域である。即ち、実施例１は、光軸を含む最も中心の領域が第１光ディスク用領域であり、そこから光軸直交方向の外側に向かって、順に第２光ディスク用領域、第２領域である第１光ディスク用領域が設けられている３分割の構造であるが、第１光ディスク用領域は所定の段差で分けられた複数の面からなり、これにより光路差付与構造を形成している。この光路差付与構造によって、温度変化に起因して発生する球面収差を低減することができる。また、この光路差付与構造は第１基礎構造のみからなり、本実施例において第１基礎構造はＮＰＳ構造である。また、このＮＰＳ構造は、４０５ｎｍの光束が入射した際に４次の回折光を最も多く発生させるＮＰＳ構造である。全ての領域が、非球面形状を有しており、第１光ディスク用領域は段差を除いて連続する非球面形状を有している。
【０１２７】
【数１】
2009037715.tif 000004
【０１２８】
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。
【０１２９】
表２に、第１光ディスク用領域に光路差付与構造を設けない比較例と、実施例１の対物光学素子とについて、本発明者らの行った比較検討結果を示す。レンズ材料の屈折率変化は，−９×E −０５（/℃）である．表２の比較検討結果によれば、ＢＤ使用時に環境温度が３０℃上昇したときの波面収差変化は、光源波長のシフトがないとした場合、比較例の３次球面収差が０．０９２λｒｍｓであるのに対し、実施例１の３次球面収差は０．０６６λｒｍｓと、−０．０２６λｒｍｓの低減効果が確認された。尚、δＳＡＴ１／ｆの値は、０．００１６（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））である。又、ＢＤ使用時に環境温度が３０℃上昇したときの波面収差変化は、光源波長のシフトが＋１．５ｎｍ（０．０５ｎｍ／℃）であるとした場合、比較例の３次球面収差が０．１００λｒｍｓであるのに対し、実施例１の３次球面収差は０．０４２λｒｍｓと、−０．０５８λｒｍｓの低減効果が確認された。尚、δＳＡＴ２／ｆの値は、０．００１０（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））である。
【０１３０】
【表２】
2009037715.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【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である。
【図４】本発明に係る対物光学素子の一例の断面図の一部である。
【図５】横軸に対物光学素子の入射瞳における光線高さを示し、縦軸に光軸を通過する光線と光線高さｈを通過する光線との航路差を示すグラフである。
【図６】光路差付与構造の概略構成図である。
【図７】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８】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９】本発明に係る対物光学素子を用いたレンズユニットの一例の断面図である。
【図１０】本発明に係る対物光学素子を用いたレンズユニットの一例の概略斜視図である。
【図１１】本発明に係る対物光学素子を用いたレンズユニットの一例の概略斜視図である。
【図１２】本発明に係る対物光学素子を用いたレンズユニットの一例の断面図の一部である。
【図１３】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１４】実施例１の対物光学素子の断面図であり、（ａ）はＢＤ使用時の状態を示し、（ｂ）はＨＤ使用時の状態を示す。
【符号の説明】
【０１３２】
ＡＲ１，ＡＲ３  第１領域
ＡＲ２          第２領域
ＯＢＪ          対物光学素子
ＰＵ１          光ピックアップ装置
ＬＤ            青紫色半導体レーザ
ＡＣ            二軸アクチュエータ
ＰＢＳ          偏光プリズム
ＣＬ            コリメートレンズ
ＰＬ１          保護基板
ＰＬ２          保護基板
ＲＬ１          情報記録面
ＲＬ２          情報記録面
ＱＷＰ          λ／４波長板
【図１】
2009037715.tif 000006
【図２】
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【図３】
2009037715.tif 000008
【図４】
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【図５】
2009037715.tif 000010
【図６】
2009037715.tif 000011
【図７】
2009037715.tif 000012
【図８】
2009037715.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2009037715.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
2009037715.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
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