(57)【要約】  本発明は、少なくとも保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、第１光源から出射される第１波長λ１の第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、第３光源から出射される第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、少なくとも第１光学素子を有する対物光学系であって、前記第１光学素子は、光軸方向に積層された、材料Ａからなる第１部材と材料Ｂからなる第２部材とを備え、前記材料Ａと前記材料Ｂは、ｄ線におけるアッベ数が互いに異なり、前記第１部材と第２部材の境界面には第１位相構造が形成されている対物光学系、その対物光学系を搭載した光ピックアップ装置、及び光ディスクドライブ装置を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、第１光源から出射される第１波長λ１の第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、第３光源から出射される第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、少なくとも第１光学素子を有する対物光学系であって、
前記第１光学素子は、光軸方向に積層された、材料Ａからなる第１部材と材料Ｂからなる第２部材とを備え、
前記材料Ａと前記材料Ｂは、ｄ線におけるアッベ数が互いに異なり、
前記第１部材と第２部材の境界面には第１位相構造が形成されている対物光学系。
【請求項２】
前記第１位相構造の巨視的な湾曲であるベースカーブが非球面、又は球面に構成され、前記材料Ａのｄ線におけるアッベ数と前記材料Ｂのｄ線におけるアッベ数の差Δνｄが以下の式を満たすとともに、前記第１部材の前記第１波長λ１における屈折率と前記第２部材の前記第１波長λ１における屈折率の差Δｎ１が以下の式を満たす請求の範囲第１項に記載の対物光学系。
２０＜｜Δνｄ｜＜４０  
｜Δｎ１｜＞０．０２  
【請求項３】
前記光ピックアップ装置が、更に、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される第２波長（λ１＜λ２＜λ３）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は再生を行う請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
【請求項４】
前記対物光学系が、前記第１光学素子の光情報記録媒体側に対物レンズを有する請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
【請求項５】
前記第１光学素子が、対物レンズである請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
【請求項６】
前記第１位相構造が、回折構造である請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
【請求項７】
前記ベースカーブは、近軸曲率半径により表現される球面からの光軸に沿った距離である非球面変形量が、光軸から離れるに従い大きくなる非球面である請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
【請求項８】
前記境界面とは反対側の前記第２部材の光学面は、前記ベースカーブと略同形状の非球面である請求の範囲第６項に記載の対物光学系。
【請求項９】
前記第１位相構造の前記第１波長λ１における近軸回折パワーＰＤと、前記第１光学素子全系の前記第１波長λ１における近軸屈折パワーＰＲＴが以下の関係を満たす請求の範囲第６項に記載の対物光学系。
ＰＤ・ＰＲＴ＜０  
０．９＜｜ＰＤ・ＰＲＴ｜＜１．１  
【請求項１０】
前記第１部材の前記第２波長λ２における屈折率と前記第２部材の前記第２波長λ２における屈折率の差Δｎ２と、前記第１部材の前記第３波長λ３における屈折率と前記第２部材の前記第３波長λ３における屈折率の差Δｎ３が以下の関係式を満たすとともに、前記第１位相構造は負の近軸回折パワーを有する請求の範囲第３項に記載の対物光学系。
０．２＜｜Δｎ２｜／｜Δｎ１｜＜２．２  
０．４＜｜Δｎ３｜／｜Δｎ１｜＜２．４  
０．０＜｜Δｎ３｜／｜Δｎ２｜＜２．０  
【請求項１１】
前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正する請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
【請求項１２】
前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差、又は前記第１波長λ１と前記第２波長λ２の差に起因する球面収差を補正する請求の範囲第３項に記載の対物光学系。
【請求項１３】
前記第１部材の光学面のうち、前記境界面とは反対側の光学面に第２位相構造が形成される請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
【請求項１４】
前記第２位相構造は、前記第１光束及び前記第３光束を回折せず、前記第２光束を選択的に回折させる特性を有し、前記第２位相構造により前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差、又は前記第１波長λ１と前記第２波長λ２の差に起因する球面収差の補正を行うとともに、前記第１回折構造により前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差の補正を行う請求の範囲第１３項に記載の対物光学系。
【請求項１５】
前記第１部材及び前記第２部材のうち、ｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料の部材と空気との境界面に第２位相構造が形成されている請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
【請求項１６】
前記光情報記録媒体側に配置された対物レンズは、ｄ線のアッベ数νｄが以下の関係を満たし、前記対物レンズの表面には第２位相構造が形成されている請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
４０≦νｄ≦７０  
【請求項１７】
前記第２位相構造は断面が階段形状の回折構造であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過する請求の範囲第１５項に記載の対物光学系。
【請求項１８】
前記第２位相構造は断面が階段形状の回折構造であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過する請求の範囲第１６項に記載の対物光学系。
【請求項１９】
前記第２位相構造はブレーズ型回折構造である請求の範囲第１５項に記載の対物光学系。
【請求項２０】
前記第２位相構造はブレーズ型回折構造である請求の範囲第１６項に記載の対物光学系。
【請求項２１】
以下の関係を満たす請求の範囲第３項に記載の対物光学系。
０．９×ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１  
【請求項２２】
前記材料Ｂは紫外線硬化樹脂である請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
【請求項２３】
前記第１部材はモールド成形により製造された請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
【請求項２４】
前記材料Ａは樹脂である請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
【請求項２５】
前記対物レンズは、前記ｔ１と前記第１波長λ１との組合せに対して球面収差補正が最適化された請求の範囲第４項に記載の対物光学系。
【請求項２６】
以下の関係を満たす請求の範囲第２項に記載の対物光学系。
α×λ１＝λ３
Ｋ１−０．１≦α≦Ｋ１＋０．１
但し、Ｋ１：自然数
【請求項２７】
第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び請求の範囲第２項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置。
【請求項２８】
請求の範囲第２７項に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置。
【請求項２９】
前記第１光学素子は、前記第１光束、及び前記第３光束が共通して通過する光路中に配置されるとともに、前記第１位相構造は、前記第１光束を回折し、前記第３光束を回折しない請求の範囲第１項に記載の対物光学系。
【請求項３０】
前記前記光ピックアップ装置が、更に、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される第２波長（λ１＜λ２＜λ３）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は再生を行う請求の範囲第２９項に記載の対物光学系。
【請求項３１】
前記第１位相構造が、前記第２光束を回折する請求の範囲第２９項に記載の対物光学系。
【請求項３２】
前記対物光学系が、前記第１光学素子の光情報記録媒体側に対物レンズを有する請求の範囲第２９項に記載の対物光学系。
【請求項３３】
前記第１光学素子が、対物レンズである請求の範囲第２９項に記載の対物光学系。
【請求項３４】
前記材料Ａのｄ線におけるアッベ数と前記材料Ｂのｄ線におけるアッベ数との差Δνｄが以下の関係を満たすとともに、前記第１部材の前記第１波長λ１における屈折率と前記第２部材の前記第１波長λ１における屈折率との差Δｎ１が以下の関係を満たす請求の範囲第２９項に記載の対物光学系。
｜Δｎ１｜＜０．０１    
２０＜｜Δνｄ｜＜４０  
【請求項３５】
以下の関係を満たす請求の範囲第３０項に記載の対物光学系。
０＜｜ＩＮＴ（ｄ・Δｎ２／λ２）−（ｄ・Δｎ２／λ２）｜＜０．３  
０＜｜ＩＮＴ（ｄ・Δｎ２／λ３）−（ｄ・Δｎ３／λ３）｜＜０．３
但し、
ｄ：前記第１位相構造の段差
Δｎ２：前記第１部材の前記λ２における屈折率と前記第２部材の前記λ２における屈折率の差
Δｎ３：前記第１部材の前記λ３における屈折率と前記第２部材の前記λ３における屈折率の差
ＩＮＴ（Ｘ）：Ｘの小数点第１位を四捨五入して得られる整数
【請求項３６】
以下の関係を満たす請求の範囲第３５項に記載の対物光学系。
Ｍ２＝Ｍ３  但し、
Ｍ２＝ＩＮＴ（ｄ・Δｎ２／λ２）  
Ｍ３＝ＩＮＴ（ｄ・Δｎ３／λ３）  
【請求項３７】
以下の関係を満たす請求の範囲第３６項に記載の対物光学系。
Ｍ２＝Ｍ３＝１  
【請求項３８】
前記第１部材及び前記第２部材のうち、ｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料の部材と空気との境界面に第２位相構造が形成されている請求の範囲第２９項に記載の対物光学系。
【請求項３９】
前記光情報記録媒体側に配置された対物レンズは、ｄ線のアッベ数νｄが以下の関係を満たし、前記対物レンズの表面には第２位相構造が形成されている請求の範囲第３２項に記載の対物光学系。
４０≦νｄ≦７０  
【請求項４０】
前記第２位相構造は断面が階段形状の回折構造であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過する請求の範囲第３８項に記載の対物光学系。
【請求項４１】
前記第２位相構造は断面が階段形状の回折構造であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過する請求の範囲第３９項に記載の対物光学系。
【請求項４２】
前記第２位相構造はブレーズ型回折構造である請求の範囲第３８項に記載の対物光学系。
【請求項４３】
前記第２位相構造はブレーズ型回折構造である請求の範囲第３９項に記載の対物光学系。
【請求項４４】
以下の関係を満たすことを特徴とする請求の範囲第３０項に記載の対物光学系。
０．９×ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１  
【請求項４５】
前記材料Ａ及び材料Ｂのうち、一方はガラスであって、他方は樹脂である請求の範囲第２９項に記載の対物光学系。
【請求項４６】
前記材料Ａはガラスであり、前記材料Ｂが樹脂である請求の範囲第４５項に記載の対物光学系。
【請求項４７】
前記樹脂は紫外線硬化樹脂である請求の範囲第４６項に記載の対物光学系。
【請求項４８】
前記第１部材はモールド成形により製造された請求の範囲第４６項に記載の対物光学系。
【請求項４９】
前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正する請求の範囲第２９項に記載の対物光学系。
【請求項５０】
以下の関係を満たす請求の範囲第２９項に記載の対物光学系。
α×λ１＝λ３
Ｋ１−０．１≦α≦Ｋ１＋０．１
但し、Ｋ１：自然数
【請求項５１】
第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び請求の範囲第３２項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
前記第１光学素子が、前記第１及び第２光源と対物レンズとの間の光路中に配された光ピックアップ装置。
【請求項５２】
第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び請求の範囲第３２項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
前記第１光学素子と前記対物レンズとが一体化されて成る光ピックアップ装置。
【請求項５３】
前記対物レンズは、前記第１波長λ１と前記ｔ１に対して球面収差補正が最適化されている請求の範囲第５１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５４】
前記対物レンズは、前記第１波長λ１と前記ｔ１に対して球面収差補正が最適化されている請求の範囲第５２項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５５】
請求の範囲第５１項に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置。
【請求項５６】
請求の範囲第５２項に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置。
【請求項５７】
前記対物光学系は、前記第１光学素子と第２光学素子とを含む２枚以上の光学素子により構成され、
前記第１位相構造は、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を持つ階段状とされたパターンが同心円状に配列して構成された回折構造である請求の範囲第１項に記載の対物光学系。
【請求項５８】
前記第１位相構造は、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を持つ階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造である請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項５９】
前記前記光ピックアップ装置が、更に、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される第２波長（λ１＜λ２＜λ３）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は再生を行う請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項６０】
ｄ線における前記材料Ａのアッベ数及び屈折率をνｄＡ及びｎｄＡとし、ｄ線における前記材料Ｂのアッベ数及び屈折率をνｄＢ及びｎｄＢとした場合、以下の関係を満たす請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
−３．５≦（νｄＡ−νｄＢ）／［１００×（ｎｄＡ−ｎｄＢ）］≦−０．７
但し、ｎｄＡ≠ｎｄＢ
【請求項６１】
ｄ線における前記材料Ａのアッベ数及び屈折率をνｄＡ及びｎｄＡとし、ｄ線における前記材料Ｂのアッベ数及び屈折率をνｄＢ及びｎｄＢとした場合、以下の関係を満たす請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
１１≦［（νｄＡ−νｄＢ）２＋１０４×（ｎｄＡ−ｎｄＢ）２］１／２≦４７．５
【請求項６２】
２０≦νｄＢ≦４０、
１．５５＜ｎｄＢ≦１．７０
を満たす請求の範囲第６０項に記載の対物光学系。
【請求項６３】
２０≦νｄＢ≦４０、１．５５＜ｎｄＢ≦１．７０を満たす請求の範囲第６１項に記載の対物光学系。
【請求項６４】
４５≦νｄＡ≦６５、
１．４５≦ｎｄＡ≦１．５５
を満たす請求の範囲第６０項に記載の対物光学系。
【請求項６５】
４５≦νｄＡ≦６５、１．４５≦ｎｄＡ≦１．５５を満たす請求の範囲第６１項に記載の対物光学系。
【請求項６６】
以下の関係を満たす請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
α×λ１＝λ３
Ｋ１−０．１≦α≦Ｋ１＋０．１
但し、Ｋ１：自然数
【請求項６７】
Ｋ１＝２である請求の範囲第６６項に記載の対物光学系。
【請求項６８】
前記第１位相構造に入射した前記第１の光束は回折せず、前記第３の光束は回折する請求の範囲第６６項に記載の対物光学系。
【請求項６９】
以下の関係を満たす請求の範囲第６８項に記載の対物光学系。
Ｌ＝ｄ１・（ｎＢ１−ｎＡ１）／λ１
Ｍ＝ｄ１・（ｎＢ３−ｎＡ３）／λ３
Ｌ／ＩＮＴ（Ｍ）≠Ｉｎｔｅｒｇｅｒ
φ（Ｍ）＝ＩＮＴ（Ｄ・Ｍ）−（Ｄ・Ｍ）
−０．４＜φ（Ｍ）＜０．４
Ｌ＝２又は３
但し、
ｄ１：前記第１位相構造の前記各パターンを構成する各段差の光軸方向の深さ
ｎＡ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ａの屈折率
ｎＢ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ｂの屈折率
ｎＡ３：波長λ３の光束に対する前記材料Ａの屈折率
ｎＢ３：波長λ３の光束に対する前記材料Ｂの屈折率
Ｄ：前記第１位相構造の前記各パターン内に形成されたレベル面数
Ｉｎｔｅｒｇｅｒ：整数
ＩＮＴ（Ｘ）：Ｘに最も近い整数
【請求項７０】
前記各パターンを構成する各段差の光軸方向の深さｄ１は、下記の関係を満たす請求の範囲第５８項に記載の対物光学系。
０．８×λ１×Ｋ２／（ｎＢ１−ｎＡ１）≦ｄ１≦１．２×λ１×Ｋ２／（ｎＢ１−ｎＡ１）
但し、
ｎＡ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ａの屈折率、
ｎＢ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ｂの屈折率、
Ｋ２：自然数
【請求項７１】
Ｋ２＝２を満たす請求の範囲第７０項に記載の対物光学系。
【請求項７２】
前記各パターンを構成するレベル面数は５である請求の範囲第５８項に記載の対物光学系。
但し、レベル面数とは、前記第１位相構造の１周期内にある輪帯状の光学面の数を指す。
【請求項７３】
前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３との差に起因した球面収差の補正機能を有する請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項７４】
前記第１光束及び第３光束に対する前記対物光学系の光学系倍率ｍ１及びｍ２は、
ｍ１＝ｍ２＝０を満たす請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項７５】
以下の関係を満たす請求の範囲第５９項に記載の対物光学系。
β×λ１＝λ２
１．５≦β≦１．７
【請求項７６】
以下の関係を満たす請求の範囲第５９項に記載の対物光学系。
Ｌ＝ｄ１・（ｎＢ１−ｎＡ１）／λ１
Ｎ＝ｄ１・（ｎＢ２−ｎＡ２）／λ２
Ｌ／ＩＮＴ（Ｎ）＝Ｉｎｔｅｒｇｅｒ
φ（Ｎ）＝ＩＮＴ（Ｄ・Ｎ）−（Ｄ・Ｎ）
−０．４＜φ（Ｎ）＜０．４
Ｌ＝２
但し、
ｄ１：前記第１位相構造の前記各パターンを構成する各段差の光軸方向の深さ
ｎＡ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ａの屈折率
ｎＢ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ｂの屈折率
ｎＡ２：波長λ２の光束に対する前記材料Ａの屈折率
ｎＢ２：波長λ２の光束に対する前記材料Ｂの屈折率
Ｄ：前記第１位相構造の前記各パターン内に形成されたレベル面数
Ｉｎｔｅｒｇｅｒ：整数
ＩＮＴ（Ｘ）：Ｘに最も近い整数
【請求項７７】
前記対物光学系は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯から構成される第２位相構造を有する請求の範囲第５９項に記載の対物光学系。
【請求項７８】
前記第２位相構造は、前記第１光学素子の光学面のうち、前記第１部材と前記第２部材との境界面以外の光学面に形成された請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項７９】
前記第２位相構造は、前記材料Ａと前記材料Ｂのうちｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料の空気との界面上に形成されている請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項８０】
前記第２位相構造は、前記第２光学素子の光学面に形成された請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項８１】
前記第２位相構造は、前記第２位相構造に入射した前記第１と前記第３の光束は回折せず、前記第２の光束は回折する特性を有する回折構造である請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項８２】
前記第２位相構造は、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を持つ階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造である請求の範囲第８１項に記載の対物光学系。
【請求項８３】
前記第２位層構造のパターンを構成する各段差の光軸方向の深さｄ２が、以下の関係を満たす請求の範囲第８２項に記載の対物光学系。
０．８×λ１×Ｋ３／（ｎＣ１−１）≦ｄ２≦１．２×λ１×Ｋ３／（ｎＣ−１）
但し、
ｎＣ：第１部材と第２部材のうち、波長λ１の光束に対する前記第２位相構造が表面に形成された部材の屈折率、
Ｋ３：偶数
【請求項８４】
Ｋ３＝２を満たす請求の範囲第８３項に記載の対物光学系。
【請求項８５】
前記各パターンを構成するレベル面数は５である請求の範囲第８２項に記載の対物光学系。
但し、レベル面数とは、前記第２位相構造の１周期内にある輪帯状の光学面の数を指す。
【請求項８６】
前記第２位相構造の光軸を含む断面形状は、鋸歯形状である請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項８７】
前記第２位相構造の光軸を含む断面形状は、光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造、或いは、光軸から離れるに従って光路長が短くなる階段構造である請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項８８】
前記第２位相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階段構造、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階段構造である請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項８９】
前記第２位相構造により前記第１の光束に付加される光路差は、前記λ１の偶数倍である請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項９０】
前記第２位相構造を構成する前記各輪帯の光軸方向の段差の距離ｄ３［μｍ］は、
５≦ｄ３≦１０を満たす請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項９１】
ｔ１＝ｔ２を満たすとともに、
前記第２位相構造は前記第１の光束と前記第２の光束との波長差に起因した色の球面収差を補正する機能を有する請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項９２】
ｔ１＜ｔ２を満たすとともに、
前記第２位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ２との差に起因した球面収差の補正機能を有する請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項９３】
前記第１、λ２及びλ３の光束に対する前記対物光学素子の光学系倍率ｍ１、ｍ２及びｍ３は、
ｍ１＝ｍ２＝ｍ３＝０を満たす請求の範囲第５９項に記載の対物光学系。
【請求項９４】
前記第２位相構造は前記第１の光束に対する色収差の補正機能を有する請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項９５】
前記第２位相構造は、前記第１光学素子及び前記第２光学素子の少なくとも一方の屈折率変化に伴う球面収差の増大を補正する機能を有する請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項９６】
前記境界面は、光軸を含む中央領域と、該中央領域の周囲を囲む周辺領域の２つの領域を有し、前記中央領域は、前記第１の光束のうち、前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束と、前記第３の光束のうち、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束が共に通過する領域であって、前記第１位相構造は、前記中央領域に形成されており、周辺領域には形成されていない請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項９７】
前記境界面は、光軸を含む中央領域と、該中央領域の周囲を囲む周辺領域の２つの領域とを有し、前記中央領域は、前記第１の光束のうち、前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束と、前記第３の光束のうち、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束が共に通過する領域であって、前記周辺領域は、前記第１の光束のうち、前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束と、前記第３の光束のうち、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用されない光束が共に通過する領域であって、前記第１位相構造は、前記中央領域と前記周辺領域の何れにも形成されている請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項９８】
前記第３の光束のうち、前記周辺領域を通過した領域を通過した光束は、前記中央領域を通過した光束よりもオーバー側に集光する請求の範囲第９６項に記載の対物光学系。
【請求項９９】
前記第３の光束のうち、前記周辺領域を通過した領域を通過した光束は、前記中央領域を通過した光束よりもオーバー側に集光する請求の範囲第９７項に記載の対物光学系。
【請求項１００】
前記境界面が、入射光束に対する屈折パワーを持たない平面で構成されている請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項１０１】
前記材料Ａ及び前記材料Ｂのうち、いずれか一方は紫外線硬化樹脂である請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項１０２】
前記材料Ａ及び前記材料Ｂはいずれも樹脂である請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項１０３】
前記第１光学素子の光学面のうち、少なくとも１つの面は非球面である請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項１０４】
前記第２光学素子は、前記第１光学素子に対して前記光情報記録媒体側に配置される請求の範囲第７７項に記載の対物光学系。
【請求項１０５】
前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正する請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項１０６】
前記第２光学素子を構成する材料のｄ線におけるアッベ数は５０〜７０の範囲内である請求の範囲第５７項に記載の対物光学系。
【請求項１０７】
第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び請求の範囲第５７項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置。
【請求項１０８】
請求の範囲第１０７項に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置。
【請求項１０９】
前記材料Ａのｄ線におけるアッベ数と前記材料Ｂのｄ線におけるアッベ数の差Δνｄが以下の関係を満たすとともに、前記材料Ａの温度変化に伴う屈折率変化率（ｄｎ／ｄＴ）Ａ、及び前記材料Ｂの温度変化に伴う屈折率変化率（ｄｎ／ｄＴ）Ｂが以下の関係を満たし、
前記第１位相構造は輪帯状の段差を有する請求の範囲第１項に記載の対物光学系。
２０＜｜Δνｄ｜＜４０  
０．３＜（ｄｎ／ｄＴ）Ａ／（ｄｎ／ｄＴ）Ｂ＜３  
【請求項１１０】
以下の関係を満たす請求の範囲第１０９項に記載の対物光学系。
・  ５＜（ｄｎ／ｄＴ）Ａ／（ｄｎ／ｄＴ）Ｂ＜２                
【請求項１１１】
前記光ピックアップ装置が、更に、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される第２波長（λ１＜λ２＜λ３）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は再生を行う請求の範囲第１０９項に記載の対物光学系。
【請求項１１２】
前記材料Ａ及び前記材料Ｂはともに樹脂である請求の範囲第１０９項に記載の対物光学系。
【請求項１１３】
前記材料Ａのｄ線におけるアッベ数と前記材料Ｂのｄ線におけるアッベ数の差Δνｄが以下の関係を満たすとともに、前記材料Ａはガラスであって、前記材料Ｂは母体となる樹脂中に平均粒子直径が３０ｎｍ以下の無機粒子を分散させた材料であり、
前記第１位相構造は輪帯状の段差を有する請求の範囲第１項に記載の対物光学系。
２０＜｜Δνｄ｜＜４０
【請求項１１４】
前記材料Ｂにおいて、前記母体となる樹脂の温度変化に伴う屈折率変化率と、前記無機粒子の温度変化に伴う屈折率変化率が互いに逆符号である請求の範囲第１１３項に記載の対物光学系。
【請求項１１５】
前記材料Ａはガラス転移点Ｔｇが４００℃以下である請求の範囲第１１３項に記載の対物光学系。
【請求項１１６】
前記材料Ａのｄ線におけるアッベ数をνｄＡとし、前記第２材料のｄ線におけるアッベ数をνｄＢとしたとき、以下の関係を満たす請求の範囲第１１３項に記載の対物光学系。
４０＜νｄＡ＜８０                                                            
２０＜νｄＢ＜４０
【請求項１１７】
前記第１波長λ１と前記第３波長λ３が以下の関係を満たす請求の範囲第１１３項に記載の対物光学系。
β−０．１≦α≦β＋０．１                                          
但し、α＝λ３／λ２、βは自然数である。
【請求項１１８】
β＝２である請求の範囲第１１７項に記載の対物光学系。
【請求項１１９】
前記輪帯状の段差は５μｍ以上である請求の範囲第１０９項に記載の対物光学系。
【請求項１２０】
前記輪帯状の段差は５μｍ以上である請求の範囲第１１３項に記載の対物光学系。
【請求項１２１】
前記輪帯状の段差は１０μｍ以上である請求の範囲第１１９項に記載の対物光学系。
【請求項１２２】
前記輪帯状の段差は１０μｍ以上である請求の範囲第１２０項に記載の対物光学系。
【請求項１２３】
前記第１位相構造は回折構造である請求の範囲第１０９項に記載の対物光学系。
【請求項１２４】
前記第１部材と前記第２部材との前記境界面以外の光学面に、第２位相構造を有する請求の範囲第１０９項に記載の対物光学系。
【請求項１２５】
前記第１光学素子が対物レンズである請求の範囲第１０９項に記載の対物光学系。
【請求項１２６】
前記対物光学系が、前記第１光学素子の光情報記録媒体側に対物レンズを有する請求の範囲第１０９項に記載の対物光学系。
【請求項１２７】
ｔ２＞ｔ１であって、前記対物光学系は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差、及び、前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差を補正する請求の範囲第１１１項に記載の対物光学系。
【請求項１２８】
ｔ１＝ｔ２であって、前記対物光学系は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差、及び、前記第１波長λ１と前記第２波長λ２の差に起因する球面収差を補正する請求の範囲第１１１項に記載の対物光学系。
【請求項１２９】
前記対物レンズは、前記第１波長λ１と前記ｔ１に対して球面収差補正が最適化されている請求の範囲第１２６項に記載の対物光学系。
【請求項１３０】
前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正する請求の範囲第１０９項に記載の対物光学系。
【請求項１３１】
以下の関係を満たす請求の範囲第１０９項に記載の対物光学系。
α×λ１＝λ３
Ｋ１−０．１≦α≦Ｋ１＋０．１
但し、Ｋ１：自然数
【請求項１３２】
第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び請求の範囲第１０９項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置。
【請求項１３３】
第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び請求の範囲第１１３項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置。
【請求項１３４】
請求の範囲第１３２項に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置。
【請求項１３５】
請求の範囲第１３３項に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置。
【請求項１３６】
前記材料Ａのｄ線に対するアッベ数νｄＡが２０≦νｄＡ＜４０であり、前記材料Ｂのｄ線に対するアッベ数νｄＢが４０≦νｄＢ≦７０であり、
前記第１部材と空気層との境界面に第２位相構造が形成されている請求の範囲第１項に記載の対物光学系。
【請求項１３７】
前記第１位相構造及び第２位相構造の少なくとも一方は回折構造である請求の範囲第１３６項に記載の対物光学系。
【請求項１３８】
前記回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列して構成されている請求の範囲第１３７項に記載の対物光学系。
【請求項１３９】
前記回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯で構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状である請求の範囲第１３７項に記載の対物光学系。
【請求項１４０】
前記回折構造は前記第１の光束に対する色収差の補正機能を有する請求の範囲第１３７項に記載の対物光学系。
【請求項１４１】
前記対物光学系は、前記第１光学素子のみから構成され、
前記第１部材の前記第１光学素子全体に対する体積比が２０％以下である請求の範囲第１３６項に記載の対物光学系。
【請求項１４２】
前記対物光学系は、前記第１光学素子のみから構成され、
前記第１部材が、前記対物光学系において最も前記光源側に位置する請求の範囲第１３６項に記載の対物光学系。
【請求項１４３】
前記第１位相構造が形成されている前記境界面と、前記第２位相構造が形成されている前記境界面の少なくとも一方は、通過光束に対する屈折パワーを持たない平面である請求の範囲第１３６項に記載の対物光学系。
【請求項１４４】
１．８×ｔ１≦ｔ３≦２．２×ｔ１を満たす請求の範囲第１３６項に記載の対物光学系。
【請求項１４５】
前記第１位相構造は、前記第３の光束のうち、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束が通過する領域にのみ形成されている請求の範囲第１３６項に記載の対物光学系。
【請求項１４６】
前記光ピックアップ装置は、更に、保護基板厚ｔ２（０．９ｔ１≦ｔ２≦ｔ３）の第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２＜λ３）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行なう請求の範囲第１３６項に記載の対物光学系。
【請求項１４７】
前記第１位相構造と前記第２位相構造の少なくとも一方は前記第１の光束と前記第２の光束との波長差に起因した色の球面収差を補正する機能を有する請求の範囲第１４６項に記載の対物光学系。
【請求項１４８】
前記第２及びλ３の光束に対する前記対物光学系の光学系倍率ｍ２及びｍ３はそれぞれ、
−１／１０≦ｍ３≦１／１０、−１／１２≦ｍ２≦１／１２を満たす請求の範囲第１４６項に記載の対物光学系。
【請求項１４９】
前記第２部材と空気層との境界面に、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯で構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状である回折構造が形成されている項１３６に記載の対物光学系。
【請求項１５０】
前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正する請求の範囲第１３６項に記載の対物光学系。
【請求項１５１】
以下の関係を満たす請求の範囲第１３６項に記載の対物光学系。
α×λ１＝λ３
Ｋ１−０．１≦α≦Ｋ１＋０．１
但し、Ｋ１：自然数
【請求項１５２】
第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び請求の範囲第１３６項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置。
【請求項１５３】
項１５２に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物光学系、光ピックアップ装置、及び光ディスクドライブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、青紫色レーザ光源を使用することで記録密度を高めた高密度光ディスク、ＤＶＤ（赤色レーザ光源を使用）、及びＣＤ（赤外レーザ光源を使用）とに対して互換性を有する光ピックアップ装置及びこのような光ピックアップ装置に用いられる光学素子が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【特許文献１】特開２００４−０７９１４６号公報
【特許文献２】特開２００２−２９８４２２号公報
【特許文献３】特開２００３−２０７７１４号公報
【特許文献４】特開２００３−２３２９９７号公報
【０００３】
特許文献１の数値実施例７には、対物レンズの表面上に、青紫色レーザ光束では２次回折光を発生させ、赤色レーザ光束と赤外レーザ光束では１次回折光を発生させるような回折構造を設けて、この回折構造の作用により、高密度光ディスクとＤＶＤの保護層厚みの差による球面収差を補正し、更に、ＣＤに対する情報の記録／再生時には発散光束を対物レンズに入射させることで、高密度光ディスクとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正する対物レンズが開示されている。【０００４】
この対物レンズでは、何れの波長領域においても回折効率を高く確保できるものの、ＣＤに対する情報の記録／再生時において、赤外レーザ光束の発散度合いが強くなりすぎて、対物レンズがトラッキングした際のコマ収差発生が大きくなりすぎるため、ＣＤに対して良好な記録／再生特性が得られない、という課題がある。【０００５】
また、特許文献２の数値実施例３には、対物レンズの表面上に、青紫色レーザ光束では３次回折光を発生させ、赤色レーザ光束と赤外レーザ光束では２次回折光を発生させるような回折構造を設けて、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正した対物レンズが開示されている。【０００６】
この対物レンズでは、回折構造の作用により、高密度光ディスクとＤＶＤの保護層厚みの差による球面収差、更には、高密度光ディスクとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差が補正可能であるものの、青紫色レーザ光束の３次回折光の回折効率と、赤外レーザ光束の２次回折光の回折効率が７０％程度と低いため、光ディスクに対する記録／再生速度の高速化に対応出来ない、光検出器での検出信号のＳ／Ｎ比が低いため良好な記録／再生特性が得られない、レーザ光源に印加する電圧が高くなるためレーザ光源の寿命が短くなる、という課題がある。【０００７】
特許文献１に記載の対物レンズにおいて、回折構造により高密度光ディスクとＣＤの保護層厚みの差による球面収差を補正できない理由、或いは、特許文献２に記載の対物レンズにおいて、青紫波長領域の３次回折光の回折効率と、赤外波長領域の２次回折光の回折効率が低くなってしまう理由として、高密度光ディスクに使用する青紫色レーザ光源の波長に対して、ＣＤに使用する赤外レーザ光源の波長が略２倍であるために、回折構造により発生する回折光の青紫色レーザ光束と赤外レーザ光束とに対する球面収差補正効果と、回折光の回折効率が互いにトレードオフの関係にあることが挙げられる。【０００８】
即ち、青紫色レーザ光束の回折光の回折効率と、赤外レーザ光束の回折光の回折効率を共に高く確保した場合に相当する特許文献１の数値実施例７の対物レンズでは、青紫色レーザ光束の回折光の回折角と赤外レーザ光束の回折光の回折角とが略一致してしまうので、回折構造により高密度光ディスクとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正できないことになる。【０００９】
また、上述のように、単レンズで構成された対物光学素子を用いて３種類の光ディスク間の互換を達成するのが最も望ましいが、通常分散の材料表面に回折構造を設けた樹脂レンズや、特許文献４のように、ガラス表面に形成した樹脂層に回折構造を形成したレンズでは、色収差の補正はできてもトラッキング時に発生する収差を補正することは困難であった。これは、青紫色レーザ光束の回折光の回折角と赤外レーザ光束の回折光の回折角とに差を持たせた場合に相当する特許文献２の数値実施例３の対物レンズでは、青紫色レーザ光束の回折光の回折効率と赤外レーザ光束の回折効率とが共に低くなってしまうことが原因である。【００１０】
尚、特許文献１及び２に記載されている回折構造だけでなく、特許文献３に記載されているような位相補正器（本明細書中では、光路差付与構造という）を使用する技術においても、回折構造と同じように、光路差付与構造による青紫色レーザ光束と赤外レーザ光束とに対する球面収差補正効果と、光路差付与構造の透過率は、互いにトレードオフの関係にある。【００１１】
また、一般的に、光学素子に要求される波面収差精度は、波長が短くなり、開口数が大きくなるほど厳しくなる。【００１２】
例えば、開口数０．８５、波長４０５ｎｍの高密度光ディスク用の対物レンズと、開口数０．６、波長６５５ｎｍのＤＶＤ用の対物レンズにおいて、同じ面精度誤差が球面収差に及ぼす影響を見積もると、（６５５／４０５）・（０．８５／０．６）４＝６．５倍となるため、高密度光ディスク用の対物レンズはＤＶＤ用の対物レンズと比較して、６．５倍厳しい面精度を維持しながら製造しなければならない。【００１３】
このように、波長が短くなり、開口数が大きくなるほど、光学素子の性能を出すのは難しくなるため、複数種類の光ディスクに対して互換性を有する光ピックアップ装置用の対物レンズの設計では、一般的に、複数の波長の光束に対する設計性能のうち、最も短い波長の光束に対する性能を優先して設計する必要がある。ここでいう設計性能とは、例えば、球面収差や軸外光束が入射したときに発生するコマ収差である。【００１４】
また、一般的に、回折構造や光路差付与構造のごとき位相構造が形成された光学素子では、屈折率が設計値から変化すると、位相構造の透過率が変化する。光ピックアップ装置の動作中には、アクチュエータからの放熱や環境温度の変化により、位相構造が形成された光学素子の温度が変化するが、この温度変化に伴う屈折率変化が大きいと、位相構造の透過率変化が大きくなり、安定した記録／再生特性が得られない虞がある。
【発明の開示】
【００１５】
本発明の課題は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、回折構造を含む位相構造の作用により、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの保護層厚みの差による球面収差、或いは、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの使用波長の差による球面収差を良好に補正することができるとともに、４００ｎｍ近傍の青紫色波長領域と、６５０ｎｍ近傍の赤色波長領域と、７８０ｎｍ近傍の赤外波長領域との何れの波長領域においても高い光利用効率が得ることができ、更には、高密度光ディスクに対する設計性能に優れる対物光学系、この対物光学系を使用した光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置を提供することである。
【００１６】
また、本発明の別の課題は、使用光束の波長比がほぼ整数比となる関係にある高密度光ディスクとＣＤとの間で互換を達成すべく、これら２つの光束を位相構造を利用して互いに異なる角度で出射することができ、さらに、いずれの波長の光束に対しても高い透過率を確保できる対物光学系、この対物光学系を搭載した光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置を提供することである。
【００１７】
また、本発明のさらに別の課題は、回折構造を含む位相構造の作用により、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの保護層厚みの差による球面収差、或いは、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの使用波長の差による球面収差を良好に補正することができるとともに、４００ｎｍ近傍の青紫色波長領域と、６５０ｎｍ近傍の赤色波長領域と、７８０ｎｍ近傍の赤外波長領域との何れの波長領域においても高い光利用効率が得ることができ、更には、温度変化に伴う位相構造の透過率変化の小さい対物光学系、この対物光学系を使った光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置を提供することである。
【００１８】
以上の課題を解決するために、項１記載の構成は、
少なくとも保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、第１光源から出射される第１波長λ１の第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、第３光源から出射される第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、少なくとも第１光学素子を有する対物光学系であって、前記第１光学素子は、光軸方向に積層された、材料Ａからなる第１部材と材料Ｂからなる第２部材とを備え、前記材料Ａと前記材料Ｂは、ｄ線におけるアッベ数が互いに異なり、前記第１部材と第２部材の境界面には第１位相構造が形成された対物光学系を提供する。
【００１９】
対物光学系を項１のような構成とすることで、波長比がほぼ整数比となる関係にある波長λ１の光束（例えば波長λ１＝４０７ｎｍ程度の青紫色レーザ光束）と波長λ３の光束（例えば波長λ３＝７８５ｎｍ程度の赤外レーザ光束）を、位相構造を利用して互いに異なる角度で出射することができるので、保護基板厚ｔ１とｔ３の厚みの差に起因した球面収差の補正と、それぞれの波長の光束の透過率の確保の両立が可能となる。
【００２０】
ここで、従来のように対物光学系（ここでは、材料Ｄから構成されるとする）の表面にかかる構造を有する第１位相構造を形成した場合において、各パターンを構成する各々の段差の光軸方向の深さをｄ１、対物光学系を構成する材料Ｃの波長λ１（＝４０７ｎｍ）における屈折率をｎＤ４０７、材料Ｃの波長λ３（＝７８５ｎｍ）における屈折率をｎＤ７８５、空気層の屈折率を１とし、各パターンを構成する各々の段差を、波長λ１の光束が透過するように、つまり、波長λ１の光束に対して実質的に位相差を与えないように設計した場合には以下の式（１）が成立する。
【００２１】
ｄ１（ｎＤ４０７−１）＝４０７×Ｎ１  （Ｎ１は自然数）          （１）
そして、このように設計した第１位相構造に対して波長λ３の光束が入射すると、
ｄ１（ｎＤ７８５−１）≒７８５×Ｎ１／２                        （２）
の式（２）が成立する。
【００２２】
これは、入射光束の波長の比（４０７：７８５≒１：２）に比べて、それぞれの波長に対する材料Ｄと空気層との屈折率の差の比（ｎＤ４０７−１）／（ｎＤ７８５−１）が１に十分近いため、式（１）の左辺と式（２）の左辺とがほぼ同じ値となり、式（２）の右辺の７８５に乗する値が自然数Ｎ１の１／２になり、Ｎ１が偶数の場合には結果として、波長λ３の光束が入射した場合に各パターンを構成する各々の段差により与えられる光路差は波長の整数倍となる。以上のように、対物光学系の表面に第１位相構造を形成した場合には、波長λ３の光束も波長λ１の光束と同様に、隣り合うレベル面を透過した波面は位相が揃った状態となるために、何れの波長の光束も１００％の透過率を得られるものの、２つの波長の光束に対して異なる光学的作用を与えることが出来ないので、保護基板厚ｔ１とｔ３の厚みの差に起因した球面収差を補正することが出来ない。
【００２３】
一方、各パターンを構成する各々の段差をＮ１が奇数となるように設計した場合には、波長λ３の光束が入射した場合に各パターンを構成する各々の段差により与えられる光路差は波長の半整数倍となる。そのため、波長λ３の光束に対して回折作用を与えることが出来るので、保護基板厚ｔ１とｔ３の厚みの差に起因した球面収差を補正することが可能であるが、隣り合うレベル面を透過した波長λ３の光束の波面は、位相が大きくずれた状態となるため、波長λ３の光束に対して十分な透過率（回折効率）を得ることが出来ない。
【００２４】
そこで、項１の構成では、対物光学系を構成する第１光学素子が、光軸方向に積層された、材料Ａからなる第１部材と材料Ｂからなる第２部材とを備え、前記材料Ａと前記材料Ｂは、ｄ線におけるアッベ数が互いに異なり、前記第１部材と第２部材の境界面には第１位相構造が形成されている。
【００２５】
そして、第１位相構造の各パターンを構成する各々の段差の光軸方向の深さをｄ１、材料Ａの波長λ１（＝４０７ｎｍ）における屈折率をｎＡ４０７、材料Ｂの波長λ１（＝４０７ｎｍ）における屈折率をｎＢ４０７、材料Ａの波長λ３（＝７８５ｎｍ）における屈折率をｎＡ７８５、材料Ｂの波長λ３（＝７８５ｎｍ）における屈折率をｎＢ７８５とし、この第１位相構造を、波長λ１の光束が透過するように、つまり、波長λ１の光束に対して実質的に位相差を与えないように設計した場合には以下の式（３）が成立する。
【００２６】
ｄ１（ｎＡ４０７−ｎＢ４０７）＝４０７×Ｎ２        （Ｎ２は自然数）            （３）
ここで、材料Ａと材料Ｂの屈折率と分散の組み合わせを適切に選択することで、このように設計した第１回折構造に対して波長λ３の光束が入射した場合に、
ｄ１（ｎＡ７８５−ｎＢ７８５）≒７８５×Ｎ３  （Ｎ３は自然数）                （４）
の式（４）を成立させることが可能となる。
【００２７】
このように対物光学系を構成した場合、入射光束の波長の比（４０７：７８５≒１：２）と比較して、それぞれの波長に対する材料Ａと材料Ｂとの屈折率の差の比（ｎＡ４０７−ｎＢ４０７）／（ｎＡ７８５−ｎＢ７８５）は、分散が異なることに起因して、１より十分に離れるため、式（３）の左辺と式（４）の左辺とは異なる値となる。従って、波長λ３の光束に対して回折作用を与えることが出来るので、保護基板厚ｔ１とｔ３の厚みの差に起因した球面収差を補正することが可能である。このとき、材料Ａと材料Ｂとの屈折率の差の比に応じて、各パターンを構成するレベル面の個数を適切に選択することで、波長λ３の光束の透過率（回折効率）を十分に高く確保することが可能となる。かかる位相構造の回折光発生の原理と具体例については、後述の［発明を実施するための最良の形態］で説明する。
【００２８】
尚、本明細書においては、ＮＡ０．８５の対物光学系を使用し保護基板厚が０．１ｍｍであるブルーレイディスク（以下、「ＢＤ」と略記する）や、ＮＡ０．６５乃至０．６７の対物光学系を使用し保護基板厚が０．６ｍｍであるＨＤ  ＤＶＤ（以下、「ＨＤ」と略記する）の如き、青紫色レーザ光源を使用する光ディスク（光情報記録媒体ともいう）を総称して「高密度光ディスク」という。上述したブルーレイディスクやＨＤ  ＤＶＤ以外にも、光磁気ディスクや、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護基板厚或いは保護膜の厚さがゼロの光ディスクも高密度光ディスクに含むものとする。
【００２９】
また、本明細書において、「対物レンズ」とは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を、光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する集光レンズを指す。
【００３０】
「対物光学系」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
機能を有する対物レンズ（集光素子）を少なくとも含む光学系を指す。対物光学系は対物レンズのみから構成されていてもよい。
【００３１】
更に、上述の対物レンズと一体となってアクチュエータによりトラッキング及びフォーカシングを行う光学素子がある場合には、これら光学素子と集光素子とから構成される光学系を対物光学系とよぶものとする。ここで、光学素子は、１つのレンズ群から構成されていても良いし、２つ以上のレンズ群から構成されていても良い。
【００３２】
尚、本明細書において、「位相構造」とは、光軸方向の段差を複数有し、入射光束に対して光路差（位相差）を付加する構造の総称である。この段差により入射光束に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。このような位相構造の具体的な例としては、上記の段差が光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置された回折構造や、上記の段差が光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置された光路差付与構造（位相差付与構造ともいう）である。
【００３３】
次に、本明細書における各種位相構造について図面を参照しつつ説明する。
【００３４】
光軸を含む断面形状が複数のレベル面を含む階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面数（図２１〜２３では５レベル面）の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分（図２１〜２３では４段）の高さだけ段をシフトさせた位相構造の概略図を図２１〜２３に示す（本明細書では、「マルチレベル型」ともいう）。
【００３５】
図２１（ａ）、２１（ｂ）では断面形状が複数のレベル面を含む階段状とされた各パターンの向きが同一である場合を示したが、図２２（ａ）、２２（ｂ）のように、位相反転部分ＰＲを含んだり、或いは、図２２や図２９のように、位相反転部分ＰＲや、位相反転部分ＰＲよりも光軸に近い側にある鋸歯とは向きが反対の鋸歯や、位相反転部分ＰＲよりも光軸に近い側にあるパターンとは向きが反対のパターンを含む場合もある。なお、図２１（ａ）〜２３（ｂ）は、本位相構造を平面上に形成した場合を示した場合であるが、球面上或いは非球面上に形成しても良い。また、図２１（ａ）〜２３（ｂ）では、所定のレベル面数を５としているが、これに限られるものではない。
【００３６】
尚、本明細書における第１位相構造は、図２１（ａ）〜２３（ｂ）の構造を、ｄ線におけるアッベ数が互いに異なる材料Ａと材料Ｂとの境界面に形成した場合に相当する。
【００３７】
また、図２１（ａ）〜２３（ｂ）に示した位相構造において、「所定のレベル面数の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせる」パターンは、位相反転部分ＰＲ以外のパターンであり、位相反転部分ＰＲはこのパターンに含まれない。
【００３８】
光軸を含む断面形状が鋸歯形状である構造の概略図を図２４（ａ）〜２６（ｂ）に示す。図２４（ａ）、２４（ｂ）では各鋸歯の向きが同一である場合を示したが、図２５（ａ）、（ｂ）のように、位相反転部分ＰＲを含んだり、或いは、図２６（ａ）、２６（ｂ）のように、位相反転部分ＰＲよりも光軸に近い側にある鋸歯ＰＩとは向きが反対の鋸歯ＰＯを含む場合もある。なお、図２４（ａ）〜２６（ｂ）は、光軸を含む断面形状が鋸歯形状である構造を平面上に形成した場合を示した場合であるが、球面上或いは非球面上に形成しても良い。
【００３９】
光軸を含む断面形状が光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造の概略図を図２７（ａ）に示し、光軸を含む断面形状が光軸から離れるに従って光路長が短くなる階段構造の概略図を図２７（ｂ）に示す。なお、図２７は、この階段構造を平面上に形成した場合を示した場合であるが、球面上或いは非球面上に形成しても良い。なお、図２７（ａ）の構造は、図２４（ａ）の構造を凹面上に形成し、凹面による光線発散作用と位相構造による光線収束作用の絶対値を互いに等しくした場合に相当する。一方、図２７（ｂ）の構造は、図２４（ｂ）の構造を凸面上に形成し、凸面による光線収束作用と位相構造による光線発散作用の絶対値を互いに等しくした場合に相当する。
【００４０】
光軸を含む断面形状が、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が長くなり、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階段構造の概略図を図２８（ａ）に示し、光軸を含む断面形状が、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が短くなり、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階段構造図２８（ｂ）に示す。いずれも、位相反転部分ＰＲを境にして、段差の向きが有効径途中で反転する構造である。なお、図２８（ａ）、２８（ｂ）は、この階段構造を平面上に形成した場合を示した場合であるが、球面上或いは非球面上に形成しても良い。
【００４１】
また、本明細書においては、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）とは、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列の光ディスクの総称であり、ＣＤ（コンパクトディスク）とは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列の光ディスクの総称である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図２】対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。
【図３】対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。
【図４】対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。
【図５】対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。
【図６】対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。
【図７】収差補正素子の構成を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図８】対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。
【図９】対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。
【図１０】回折構造の段差の深さと回折効率との関係を示すグラフである。
【図１１】対物レンズユニットに対する光路を示す図面である。
【図１２】対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。
【図１３】対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。
【図１４】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図１５】対物光学系の構成の一例を示す側面図である。
【図１６】第１光学素子の構成を示す要部平面図（ａ）、（ｂ）である。
【図１７】第１光学素子の構成を示す正面図である。
【図１８】回折構造を示す要部平面図である。
【図１９】材料Ａと材料Ｂとの選択方法を説明するためのグラフである。
【図２０】材料Ａと材料Ｂの組み合わせ毎の回折効率、各パターンの深さ等を示す表である。
【図２１】位相構造の構成の一例を示す断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図２２】位相構造の構成の一例を示す断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図２３】位相構造の構成の一例を示す断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図２４】位相構造の構成の一例を示す断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図２５】位相構造の構成の一例を示す断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図２６】位相構造の構成の一例を示す断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図２７】位相構造の構成の一例を示す断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図２８】位相構造の構成の一例を示す断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図２９】位相構造の構成の一例を示す断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図３０】対物光学系の構成の一例を示す側面図である。
【図３１】対物光学系の構成の一例を示す側面図である。
【図３２】対物光学系の構成の一例を示す側面図である。
【図３３】位相構造の一例を示す側面図（ａ）〜（ｃ）である。
【図３４】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図３５】対物光学系の構成の一例を示す側面図である。。
【図３６】対物光学系の構成の一例を示す側面図である。。
【図３７】実施例における対物光学系の構成の一例を示す側面図である。
【図３８】実施例における対物光学系の構成の一例を示す側面図である。
【図３９】実施例における対物光学系の構成の一例を示す側面図である。
【図４０】実施例における対物光学系の構成の一例を示す側面図である。
【図４１】実施例における対物光学系の構成の一例を示す側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の好ましい形態を説明する。【００４４】
項２に記載の構成は、項１に記載の対物光学系において、前記第１位相構造の巨視的な湾曲であるベースカーブが非球面、又は球面に構成され、前記材料Ａのｄ線におけるアッベ数と前記材料Ｂのｄ線におけるアッベ数の差Δνｄが以下の（１１）式を満たすとともに、前記第１部材の前記第１波長λ１における屈折率と前記第２部材の前記第１波長λ１における屈折率の差Δｎ１が以下の（１２）式を満たす。【００４５】
２０＜｜Δνｄ｜＜４０  （１１）
｜Δｎ１｜＞０．０２  （１２）
項３に記載の構成は、項２に記載の記載の対物光学系において、
前記光ピックアップ装置が、更に、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される第２波長（λ１＜λ２＜λ３）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は再生を行う。【００４６】
項４に記載の構成は、項２に記載の対物光学系において、前記対物光学系が、前記第１光学素子の光情報記録媒体側に対物レンズを有する。【００４７】
項５に記載の構成は、項２に記載の対物光学系において、前記第１光学素子が、対物レンズである。【００４８】
項６に記載の構成は、項２に記載の対物光学系において、前記第１位相構造が、回折構造である。【００４９】
項１記載の構成のように、（１１）式を満たすようなアッベ数の差を有する第１部材と第２部材を備え、その境界面に位相構造を形成することで、従来技術では困難であった青紫色レーザ光束（第１光束）と赤外レーザ光束（第３光束）の球面収差補正効果と透過率確保の両立が出来る。また、第１部材と第２部材とに第１波長λ１において、（１２）式を満たすような屈折率の差を持たせることで各輪帯の光軸に沿った段差を小さくすることができ、位相構造の製造が容易となる。また、ベースカーブが平面とされた位相構造では球面収差の補正と正弦条件の補正との両立が困難であるが、ベースカーブを非球面、又は球面に構成することで、第１光学素子の第１光束に対する球面収差の補正と正弦条件の補正との両立が可能となり、第１光束に対する設計性能を向上できる。【００５０】
ここでいう「ベースカーブ」とは、後述する図２において点線で示したように、位相構造の各鋸歯の頂点を結んだ包絡線を指し、この包絡線が位相構造の巨視的な湾曲を表す。
項７記載の構成は、項２乃至６に記載の対物光学系において、前記ベースカーブが、近軸曲率半径により表現される球面からの光軸に沿った距離である非球面変形量が、光軸から離れるに従い大きくなる非球面である。【００５１】
特に、項７記載の構成のように、ベースカーブが近軸曲率半径により表現される球面からの光軸に沿った距離である非球面変形量が、光軸から離れるに従って大きくなる非球面であると、第１光学素子の第１光束に対する球面収差の補正と正弦条件の補正をより一層良好に行うことが可能となる。【００５２】
尚、ここでいう「非球面変形量」とは、ベースカーブの非球面形状を後述する［非球面表現式］で表現した場合に、以下の（１８）式で表されるものである。【００５３】
Δｚ＝｜ｚ｜−｜［（ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（ｙ／Ｒ）２｝］］｜  （１８）
ここで、ｚは、面頂点に接する平面と非球面との光軸に沿った方向の距離を表す非球面形状（ｍｍ）であり、｛  ｝内は、面頂点に接する平面と近軸曲率半径により表現される球面との光軸に沿った方向の距離を表す球面形状（ｍｍ）である。【００５４】
従って、上記（１８）式で表現される非球面変形量が、「光軸から離れるに従って大きくなる」とは、ｙ（光軸からの距離）の増大に伴ってΔｚが漸近して大きくなることを指す。【００５５】
項８に記載の構成は、項６に記載の対物光学系において、前記境界面とは反対側の前記第２部材の光学面は、前記ベースカーブと略同形状の非球面である。【００５６】
項８記載の構成のように、境界面とは反対側の前記第２部材の光学面も、ベースカーブと略同形状の非球面とすることで更に第１光束に対する設計性能を向上できる。【００５７】
ここでいう「ベースカーブと略同形状の非球面」とは、境界面側のベースカーブの非球面形状ｚ１（ｍｍ）と、境界面とは反対側の前記第２部材の光学面の非球面形状ｚ２（ｍｍ）を後述する［非球面表現式］で表現した場合に、有効半径内の任意のｙ（光軸からの距離）において、以下の（１９）式を満たすことを指す。【００５８】
０≦｜ｚ１−ｚ２｜≦０．０５  （１９）
項９に記載の構成は、項６に記載の対物光学系において、
前記第１位相構造の前記第１波長λ１における近軸回折パワーＰＤと、前記第１光学素子全系の前記第１波長λ１における近軸屈折パワーＰＲＴが以下の（１３）式及び（１４）式を満たす。【００５９】
ＰＤ・ＰＲＴ＜０  （１３）
０．９＜｜ＰＤ・ＰＲＴ｜＜１．１  （１４）
項９記載の構成のように、（１３）式及び（１４）式を満たすことで、回折構造における回折による収束（発散）作用と、境界面とは反対側の前記第２部材の光学面の屈折による発散（収束）作用を打ち消すことができ、第１光学素子に平行光束の状態で入射する第１光束を、第１光学素子から平行光束の状態で射出させることが出来る。このとき、第２部材を第１部材の軸上厚さに対して十分薄く積層することで、第１光学素子に入射する第１光束の光束径と、第１光学素子から射出される第１光束の光束径との差を小さく出来る。【００６０】
ここでいう「第１波長λ１における近軸回折パワーＰＤ」とは、回折構造により第１光束に付加される光路差を後述する光路差関数φで表現した場合に、以下の（２０）式で定義される。尚、λＢは回折構造の製造波長であり、Ｂ２は２次の回折面係数である。【００６１】
ＰＤ＝−２×λ／λＢ×Ｍ×Ｂ２  （２０）
項１０に記載の構成は、項３乃至項９に記載の対物光学系において、
前記第１部材の前記第２波長λ２における屈折率と前記第２部材の前記第２波長λ２における屈折率の差Δｎ２と、前記第１部材の前記第３波長λ３における屈折率と前記第２部材の前記第３波長λ３における屈折率の差Δｎ３が以下の（１５）式乃至（１７）式を満たすとともに、前記第１位相構造は負の近軸回折パワーを有する。
０．２＜｜Δｎ２｜／｜Δｎ１｜＜２．２  （１５）
０．４＜｜Δｎ３｜／｜Δｎ１｜＜２．４  （１６）
０．０＜｜Δｎ３｜／｜Δｎ２｜＜２．０  （１７）
項１０記載の（１５）式乃至（１７）式は、各波長に対して同一次数の回折光を発生させるとともに、各波長の回折効率を確保するための条件である。このとき、位相構造の近軸回折パワーを負とすることで、長い波長程、発散度合いが強くなって対物レンズに入射させることが可能となるので、保護層の厚い第２光ディスクや第３光ディスクに対する作動距離を大きく確保することができる。【００６２】
尚、本構成による対物光学系の第１光学素子では、第１部材と第２部材との各波長における屈折率の差を適切に設定することにより、境界面の回折構造において各波長の光束に対して様々な回折次数の回折光を発生させることが可能であるが、微小な波長変化に伴う回折効率の低下を小さく抑えるためには、何れの波長の光束に対しても１次回折光が発生するように第１部材と第２部材との各波長における屈折率の差を設定するのが好ましい。【００６３】
一般的に、回折構造に波長λの光束が入射した場合、様々な回折次数の回折光が発生するが回折構造の段差を適切に設定することで特定の回折次数の回折光の回折効率を極端に高めることが可能である。本明細書において、「回折構造においてＭ次回折光が発生する」とは、回折構造で発生する様々な回折次数の回折光のうちＭ次回折光の回折効率が最大となるように段差が設定されていることを指す。【００６４】
項１０記載の構成のように、（１５）式乃至（１７）式を満たすことにより、ｔ１とｔ３の差に起因する球面収差を補正することが可能であり、ブルーレイディスクやＨＤ  ＤＶＤなどに代表される高密度光ディスクとＣＤとの互換を達成できる。【００６５】
項１１に記載の構成は、項２乃至１０に記載の対物光学系において、
前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正する。【００６６】
尚、第１光束と第３光束に対する回折効率を高く確保しつつ、ｔ１とｔ３の差に起因する球面収差を補正するためには、対物光学系に対して第３光束を弱い発散光束として入射させる構成とするのが好ましい。項１１に記載の対物光学系では、各波長の光束に対して同一次数の回折光が発生するように段差を設定しているので、対物光学系に入射する第３光束の発散度合いが強くなり過ぎない。従って、対物光学系がトラッキング駆動した際のコマ収差の発生量が十分小さく、良好なトラッキング特性を維持できる。【００６７】
項１２記載の構成は、項３乃至１１に記載の対物光学系において、前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差、又は前記第１波長λ１と前記第２波長λ２の差に起因する球面収差を補正する。【００６８】
更に、項１２記載の構成のように、ｔ１とｔ２の差に起因する球面収差、又は第１波長λ１と前記波長λ２の差に起因する球面収差を補正することが可能であり、高密度光ディスクとＤＶＤとの互換を達成できる。【００６９】
項１３記載の構成は、項２乃至１２に記載の対物光学系において、
前記第１部材の光学面のうち、前記境界面とは反対側の光学面に第２位相構造が形成される。【００７０】
項１３記載の構成のように、第１部材の光学面のうち、境界面とは反対側の光学面に位相構造を形成することで、対物光学系のそれぞれの光束に対する集光特性をより良好なものにすることができる。この位相構造は回折構造であっても良いし、光路差付与構造であっても良い。また、位相構造により補正する収差は、例えば、第１波長λ１の微小変化に伴う色収差であっても良いし、温度変化に伴う対物レンズの屈折率変化により発生する球面収差であっても良い。【００７１】
項１４記載の構成は、項１３に記載の対物光学系において、
前記第２位相構造は、前記第１光束及び前記第３光束を回折せず、前記第２光束を選択的に回折させる特性を有し、前記第２位相構造により前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差、又は前記第１波長λ１と前記第２波長λ２の差に起因する球面収差の補正を行うとともに、前記第１回折構造により前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差の補正を行う。【００７２】
一つの位相構造では、互いに波長が異なる２つの光束に対する球面収差しか補正することが出来ないため、本発明の対物光学系のように互いに波長が異なる３つの光束に対して共用される対物光学系では、位相構造の作用のみで３つの光束に対する球面収差を補正することは出来ない。その結果、対物光学素子が１つの位相構造しか有さない場合には、位相構造の作用では補正しきれない球面収差を補正するために、残りの１つの光束の倍率が一意に決まってしまうため、光ピックアップ装置の設計自由度が失われる。【００７３】
そこで、項１４記載の構成のように、第２位相構造に、前記第１光束及び前記第３光束を回折せず、前記第２光束を選択的に回折させる特性を持たせることで、ｔ１とｔ２の差に起因する球面収差、又は第１波長λ１と第２波長λ２の差に起因する球面収差の補正を行い、かつ、境界面に形成した位相構造によりｔ１とｔ３の差に起因する球面収差の補正を行うことで、各波長の光束に対して高い回折効率を確保しつつ、各波長の光束の球面収差を同一の倍率で補正することが可能となる。【００７４】
項１５に記載の構成は、項２乃至８に記載の対物光学系において、前記第１部材及び前記第２部材のうち、ｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料の部材と空気との境界面に第２位相構造が形成されている。【００７５】
項１５記載の構成によれば、第２位相構造が、第１部材及び第２部材のうちｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面に形成されているので、第１光束、第２光束、第３光束のぞれぞれの波長λ１，λ２，λ３，に対する回折効率を高めることができる。【００７６】
項１６記載の構成は、項２乃至８に記載の対物光学系において、前記光情報記録媒体側に配置された対物レンズが、ｄ線のアッベ数νｄが以下の式（２９）を満たし、前記対物レンズの表面には第２位相構造が形成されている。
４０≦νｄ≦７０  （２９）
項１６記載の構成によれば、光情報記録媒体側に配置された対物レンズにおけるｄ線のアッベ数νｄが上記の式（２９）を満たし、前記対物光学レンズの表面にはは第２位相構造が形成されているので、第１光束、第２光束、第３光束のぞれぞれの波長λ１，λ２，λ３，に対する回折効率を高めることができる。【００７７】
項１７記載の構成は、項１５に記載の対物光学系において、前記第２位相構造が断面が階段形状の回折構造であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過する。【００７８】
項１８記載の構成は、項１６に記載の対物光学系において、前記第２位相構造は断面が階段形状の回折構造であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過する。【００７９】
項１７および１８記載の構成によれば、第２位相構造の断面が階段形状の回折構造（波長選択型回折構造）であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過するので、例えば、第１波長λ１の第１光束には位相差を与えず、回折させずにそのまま透過させ、第２波長λ２の第２光束、第３波長λ３の第３光束には位相差を与えることで回折させることも可能である。所定の波長の光束のみに位相差を与えることができれば、ＤＶＤの光にのみ回折作用を付与することができ、項２の構成では残留してしまうＤＶＤの球面収差が補正できる。【００８０】
項１９記載の構成は、項１５に記載の対物光学系において、前記第２位相構造がブレーズ型回折構造である。【００８１】
項２０記載の構成は、項１６に記載の対物光学系において、前記第２位相構造がブレーズ型回折構造である。【００８２】
ここで、ブレーズ型回折構造とは、光軸を含む断面形状が鋸歯状に形成される構造である。項１９および２０のように第２位相構造がブレーズ型回折構造であると、色収差補正に効果的である。色補正とは波長変化に対して対物レンズの集光位置が変化しないことである。ピックアップ装置に用いるレーザにはモードホップ現象があり、その急激な波長変化に対物レンズのアクチュエータが追いつかずにデフォーカス状態となってしまう。そこで、波長が変化しても対物レンズの集光位置が変化しない色補正を行うことが短波長のＢｌｕ−ｒａｙやＨＤ  ＤＶＤにおいては必要である。波長選択型回折構造を用いても色補正は可能であるが、ブレーズ型回折構造に比べて輪帯数が多くなることや、ＤＶＤ又はＣＤ光は透過するため、同時に色補正作用を与えることができないという点で適していない。【００８３】
項２１記載の構成は、項３乃至２０に記載の対物光学系において、以下の（３０）式を満たす。【００８４】
０．９×ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１  （３０）
項２１記載の構成は、第２光ディスク（第２記録情報媒体）の保護層の厚さｔ２の好ましい範囲を規定するものである。この厚さｔ２がこの範囲に収まっていれば、ＨＤ  ＤＶＤとＤＶＤとの組み合わせのように波長のみが異なることで生じる球面収差を補正するだけなので、回折ピッチを大きくすることができ、加工性を高めることができる。【００８５】
項２２記載の構成は、項２乃至２１に記載の対物光学系において、前記材料Ｂは紫外線硬化樹脂である。【００８６】
項２３記載の構成は、項２乃至２２に記載の対物光学系において、前記第１部材がモールド成形により製造される。【００８７】
第１部材上に光学樹脂を積層する方法として、位相構造をその表面上に形成した光学ガラスを金型として、その第１部材上に光学樹脂を成形することで積層させる方法（所謂、インサート成形）でもよいが、項２２のように、位相構造をその表面上に形成した第２部材上に紫外線硬化樹脂を積層させた後、紫外線を照射することで硬化させる方法が製造上適している。【００８８】
また、位相構造をその表面上に形成した第１部材を作製する方法として、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して、第１部材上に直接位相構造を形成する方法を用いてもよいが、項２３のように、位相構造を形成したモールド（金型）を作製して、そのモールドのレプリカとして表面に位相構造が形成された第１部材を得る、所謂モールド成形が大量生産には適している。尚、位相構造が形成されたモールドを作製する方法としては、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して位相構造を形成する方法でもよいし、精密旋盤により位相構造を機械加工する方法でもよい。【００８９】
項２４に記載の構成は、項２乃至２３の何れか一項に記載の対物光学系において、前記材料Ａは樹脂である。【００９０】
第１部材の材料としては、あらゆる光学ガラスや光学樹脂が適用可能であるが、回折構造や位相構造のような微細な構造を形状の誤差少なく形成するためには、溶融状態での粘性の小さい材料、つまり光学樹脂が適している。樹脂製のレンズはガラスレンズに対して低コスト、軽量である。特に第１光学素子を樹脂製として軽量化すると、光ディスクに対する情報の記録／再生時における、フォーカシングやトラッキング制御を行う駆動力が少なくてすむ。【００９１】
項２５に記載の構成は、項４乃至２４の何れか一項に記載の対物光学系において、
前記対物レンズは、前記ｔ１と前記第１波長λ１との組合せに対して球面収差補正が最適化される。【００９２】
対物レンズは、第１波長λ１と第１光情報媒体の保護層の厚さｔ１に対して球面収差補正が最小となるように、その非球面形状が決定されているのが好ましい。第１波長λ１と第１保護層の厚さｔ１に対して球面収差補正が最小となるように、対物レンズの非球面形状を決定しておくことで、最も厳しい波面精度が要求される第１光束の集光性能を出しやすくなる。ここで、「対物レンズは、前記ｔ１と前記第１波長λ１との組み合わせに対して球面収差補正が最適化された」とは、対物レンズと第１光情報媒体の保護層を介して第１光束を集光させた場合の波面収差が０．０５λ１ＲＭＳ以下であることをいうものとする。【００９３】
項２６に記載の構成は、項２乃至２５のいずれか一項に記載の対物光学系において、
α×λ１＝λ３
Ｋ１−０．１≦α≦Ｋ１＋０．１
を満たす。
但し、Ｋ１：自然数。【００９４】
項２７に記載の構成は、
第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び項２乃至２６のいずれか一項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う。【００９５】
項２７によれば、項２乃至２６のいずれか一項と同様の効果を有する光ピックアップ装置を得られる。【００９６】
項２８に記載の構成は、項２７に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載する。【００９７】
項２８によれば、項１乃至２７のいずれか一項と同様の効果を有する光ディスクドライブ装置を得られる。【００９８】
項２９記載の構成は、項１に記載の対物光学系において、
前記第１光学素子が、前記第１光束、及び前記第３光束が共通して通過する光路中に配置されるとともに、前記第１位相構造は、前記第１光束を回折し、前記第３光束を回折しない。【００９９】
項３０記載の構成は、項２９に記載の対物光学系において、
前記前記光ピックアップ装置が、更に、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される第２波長（λ１＜λ２＜λ３）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は再生を行う。【０１００】
項３１記載の構成は、項２９又は３０に記載の対物光学系において、前記第１位相構造が、前記第２光束を回折する。【０１０１】
項３２記載の構成は、項２９乃至３１のいずれか一項に記載の対物光学系において、前記対物光学系が、前記第１光学素子の光情報記録媒体側に対物レンズを有する。【０１０２】
項３３記載の構成は、項２９乃至３１のいずれか一項に記載の対物光学系において、前記第１光学素子が、対物レンズである。【０１０３】
第１光学素子を項２９のような構成とすることで、従来技術では困難であった、青紫色レーザ光束（第１光束）と赤外レーザ光束（第３光束）の、球面収差補正効果と透過率確保の両立が実現できる。尚、位相構造は、その光軸を含む断面形状が図７（ａ）に示す鋸歯型（回折構造ＤＯＥ）、図７（ｂ）に示す階段型（回折構造ＤＯＥ、或いは、光路差付与構造ＮＰＳ）の何れでも良い。図７（ｂ）では、階段型として、段差の方向が途中で入れ替わる場合を例示したが、段差の方向が常に一定であってもよい。【０１０４】
項３４に記載の構成は、項２９乃至３３のいずれか一項に記載の対物光学系において
前記材料Ａのｄ線におけるアッベ数と前記材料Ｂのｄ線におけるアッベ数との差Δνｄが以下の関係を満たすとともに、前記第１部材の前記第１波長λ１における屈折率と前記第２部材の前記第１波長λ１における屈折率との差Δｎ１が以下の（２１）式及び（２２）式を満たす。【０１０５】
｜Δｎ１｜＜０．０１  （２１）
２０＜｜Δνｄ｜＜４０  （２２）
項３４に記載の構成のように、第１波長λ１における屈折率の差Δｎ１がほぼゼロとなるような材料を選択すると、第１光束は境界面の位相構造により何ら作用を受けずにそのまま透過する。更に、ｄ線におけるアッベ数の差Δνｄが（２２）式の範囲内となるように、材料ＡとＢを選択すると、第２光束と第３光束に対しては、位相構造により所定の光路差を付加することが可能となるので、球面収差補正機能を持たせることができる。これにより、項２９と同様の作用効果を得ることが可能となる。【０１０６】
尚、Δνｄが（２２）式の下限より大きいと、第２波長λ２と第３波長λ３において十分な屈折率の差が得られるので位相構造の段差ｄが大きくなりすぎず製造が容易となる。一方、Δνｄが（２２）式の上限より大きいと、（２１）式を満たす材料の組合せが極端に少なくなる。従って、Δνｄが（２２）式の上限より小さいと、材料の組合せが多くなり、最適な材料を選択することが可能となる。【０１０７】
また、項１又は項３４に記載のような構成とすることで、第１光束を回折せず、第２光束及び第３光束を選択的に回折させることが可能となる。これにより、上述した特許文献１や２の課題であった、青紫色レーザ光束（第１光束）と赤外レーザ光束（第３光束）の、球面収差補正効果と回折効率（透過率）確保の両立が実現できる。【０１０８】
項３５に記載の構成は、項３０に記載の対物光学系において、以下の（２３）式及び（２４）式を満たす。【０１０９】
０＜｜ＩＮＴ（ｄ・Δｎ２／λ２）−（ｄ・Δｎ２／λ２）｜＜０．３  （２３）
０＜｜ＩＮＴ（ｄ・Δｎ３／λ３）−（ｄ・Δｎ３／λ３）｜＜０．３  （２４）
但し、  ｄ：前記第１位相構造の段差
Δｎ２：前記材料Ａ及び材料Ｂの前記λ２における屈折率の差
Δｎ３：前記材料Ａ及び材料Ｂの前記λ３における屈折率の差
ＩＮＴ（Ｘ）：Ｘの小数点第１位を四捨五入して得られる整数
項３５のように、更に、（２３）式と（２４）式を満たすように２つの材料を適切に選択すると、第２光束と第３光束とに対して球面収差補正機能を持たせることができるとともに、第２光束と第３光束の回折効率を確保できるので好ましい。（２３）式の下限より大きいと第２光束に対して十分な球面収差補正機能を持たせることができ、（２３）式の上限より小さいと第２光束の回折効率が十分に確保できる。また、（２４）式の下限より大きいと第３光束に対して十分な球面収差補正機能を持たせることができ、（２４）式の上限より小さいと第３光束の回折効率が十分に確保できる。【０１１０】
項３６記載の構成は、項３５に記載の対物光学系において、以下の（２５）式を満たす。【０１１１】
Ｍ２＝Ｍ３  （２５）
但し、
Ｍ２＝ＩＮＴ（ｄ・Δｎ２／λ２）  （２６）
Ｍ３＝ＩＮＴ（ｄ・Δｎ３／λ３）  （２７）
項３７記載の構成は、項３６に記載の対物光学系において、以下の（２８）式を満たす。【０１１２】
Ｍ２＝Ｍ３＝１  （２８）
項３７のように、第２光束と第３光束の回折次数が同一と成るように２つの材料を選ぶと設計特性に優れた対物光学系を得られる。【０１１３】
特に、項３７のように、第２光束と第３光束の回折次数が共に１であると最も設計特性が良好となる。【０１１４】
項３８記載の構成は、項２９乃至３４の何れか一項にに記載の対物光学系において、前記第１部材及び前記第２部材のうち、ｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料の部材と空気との境界面に第２位相構造が形成されている。【０１１５】
項３８記載の構成によれば、第２位相構造が、ｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面に形成されているので、第１光束、第２光束、第３光束のぞれぞれの波長λ１，λ２，λ３，に対する回折効率を高めることができる。【０１１６】
項３９記載の構成は、項３２乃至３４の何れか一項に記載の対物光学系において、前記光情報記録媒体側に配置された対物レンズは、ｄ線のアッベ数νｄが以下の式（２９）を満たし、前記対物レンズの表面には第２位相構造が形成されている。
４０≦νｄ≦７０  （２９）
項３９記載の構成によれば、光情報記録媒体側に配置された対物レンズにおけるｄ線のアッベ数νｄが上記の式（２９）を満たし、前記対物レンズの表面には第２位相構造が形成されているので、第１光束、第２光束、第３光束のぞれぞれの波長λ１，λ２，λ３，に対する回折効率を高めることができる。【０１１７】
項４０に記載の構成は、項３８に記載の対物光学系において、前記第２位相構造は断面が階段形状の回折構造であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過する。【０１１８】
項４１に記載の構成は、項３９に記載の対物光学系において、前記第２位相構造は断面が階段形状の回折構造であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過する。【０１１９】
項４０および４１記載の構成によれば、第２位相構造が断面が階段形状の回折構造（波長選択型回折構造）であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過するので、例えば、第１波長λ１の第１光束には位相差を与えず、回折させずにそのまま透過させ、第２波長λ２の第２光束、第３波長λ３の第３光束には位相差を与えることで回折させることも可能である。所定の波長の光束のみに位相差を与えることができれば、ＤＶＤの光にのみ回折作用を付与することができ、項２９の構成では残留してしまうＤＶＤの球面収差が補正できる。【０１２０】
項４２に記載の構成は、項３８に記載の対物光学系において、前記第２位相構造はブレーズ型回折構造である。【０１２１】
項４３に記載の構成は、項３９に記載の対物光学系において、前記第２位相構造はブレーズ型回折構造である。【０１２２】
ここで、ブレーズ型回折構造とは、光軸を含む断面形状が鋸歯状に形成される構造である。項４２および４３のように第２位相構造がブレーズ型回折構造であると、色収差補正に効果的である。色補正とは波長変化に対して対物レンズの集光位置が変化しないことである。ピックアップ装置に用いるレーザにはモードホップ現象があり、その急激な波長変化に対物レンズのアクチュエータが追いつかずにデフォーカス状態となってしまう。そこで、波長が変化しても対物レンズの集光位置が変化しない色補正を行うことが短波長のＢｌｕ−ｒａｙやＨＤ  ＤＶＤにおいては必要である。波長選択型回折構造を用いても色補正は可能であるが、ブレーズ型回折構造に比べて輪帯数が多くなることや、ＤＶＤ又はＣＤ光は透過するため、同時に色補正作用を与えることができないという点で適していない。【０１２３】
項４４記載の構成は、項３０乃至４３の何れか一項に記載の対物光学系において、以下の（３０）式を満たす。【０１２４】
０．９×ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１  （３０）
項４４記載の構成は、第２光情報記録媒体の保護層の厚さｔ２の好ましい範囲を規定するものである。この厚さｔ２がこの範囲に収まっていれば、ＨＤ  ＤＶＤとＤＶＤとの組み合わせのように波長のみが異なることで生じる球面収差を補正するだけなので、回折ピッチを大きくすることができ、加工性を高めることができる。【０１２５】
項４５記載の構成は、項２９乃至４４の何れか一項に記載の対物光学系において、前記材料Ａ及び材料Ｂのうち、一方はガラスであって、他方は樹脂である。【０１２６】
項４６記載の構成は、項４５に記載の対物光学系において、前記材料Ａはガラスであり、前記材料Ｂが樹脂である。【０１２７】
光学ガラスは種類が多く、材料選択の幅が広がるので、２つの材料のうち、一方を光学ガラスとするのが好ましい。更に、微細な構造である位相構造を境界面として２つの部材を積層させることを考慮すると、項４５のように、他方の材料は光学樹脂であることが製造上好ましい。【０１２８】
項４７記載の構成は、項４６に記載の対物光学系において、前記樹脂が紫外線硬化樹脂である。【０１２９】
項４８記載の構成は、項４６に記載の対物光学系において、前記第１部材はモールド成形により製造される。【０１３０】
光学ガラス上に光学樹脂を積層する方法として、位相構造をその表面上に形成した光学ガラスを金型として、その光学ガラス上に光学樹脂を成形することで積層させる方法（所謂、インサート成形）でもよいが、項４７のように、位相構造をその表面上に形成した光学ガラス上に紫外線硬化樹脂を積層させた後、紫外線を照射することで硬化させる方法が製造上適している。【０１３１】
また、位相構造をその表面上に形成した光学ガラスを作製する方法として、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して、光学ガラス基板上に直接位相構造を形成する方法を用いてもよいが、項４８のように、位相構造を形成したモールド（金型）を作製して、そのモールドのレプリカとして表面に位相構造が形成された光学ガラスを得る、所謂モールド成形が大量生産には適している。尚、位相構造が形成されたモールドを作製する方法としては、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して位相構造を形成する方法でもよいし、精密旋盤により位相構造を機械加工する方法でもよい。【０１３２】
項４９に記載の構成は、項２９乃至４８のいずれか一項に記載の対物光学系において、前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正する。【０１３３】
項５０に記載の構成は、項２９乃至４９のいずれか一項に記載の対物光学系において、
α×λ１＝λ３
Ｋ１−０．１≦α≦Ｋ１＋０．１
を満たす。
但し、Ｋ１：自然数
項５１記載の構成は、第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び項３２乃至５０のいずれか一項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする光ピックアップ装置であって、記第１光学素子が、前記第１及び第２光源と対物レンズとの間の光路中に配される。【０１３４】
項５２記載の構成は、第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び項３２乃至乃至５０のいずれか一項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする光ピックアップ装置であって、前記第１光学素子と前記対物レンズとが一体化されて成る。【０１３５】
項３２乃至５０のいずれか一項に記載の第１光学素子を光ピックアップ装置に搭載する場合には、項５１のように、対物レンズの光源側に配置する形態としてもよい（図８を参照）。これにより第１光学素子をほぼ平板形状とすることができるので、第１光学素子を製造し易い、という利点がある。尚、この場合には、第１光学素子と対物レンズは、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていると、トラッキング時に、偏芯による収差発生がなくなるので好ましい。【０１３６】
或いは、第１光学素子の機能を、対物レンズに持たせる（一体化させる）形態としてもよい（図９を参照）。これにより、光ピックアップ装置の部品点数の削減、省スペース化が可能となる。【０１３７】
項５３記載の構成は、項５１に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズは、前記第１波長λ１と前記ｔ１に対して球面収差補正が最適化されている。【０１３８】
項５４記載の構成は、項５２に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズは、前記第１波長λ１と前記ｔ１に対して球面収差補正が最適化されている。【０１３９】
項５１又は５２の構成において、対物レンズは、第１波長と第１光情報記録媒体の保護層の厚さに対して球面収差補正が最小となるように、その非球面形状が決定されているのが好ましい。本構成においては、第１光束は、第１光学素子の位相構造で何ら作用を受けずにそのまま透過するので、第１光束の集光性能は対物レンズによって決まる。従って、項５３や項５４のように、第１波長と第１保護層の厚さに対して球面収差補正が最小となるように、対物レンズの非球面形状を決定しておくことで、最も厳しい波面精度が要求される第１光束の集光性能を出しやすくなる。ここで、「対物レンズは、第１波長λ１とｔ１に対して球面収差補正が最適化されている」とは、対物レンズと第１光情報記録媒体の保護層を介して第１光束を集光させた場合の波面収差が０．０５λ１ＲＭＳ以下であることをいうものとする。【０１４０】
項５５記載の構成は、項５１に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置である。【０１４１】
項５６記載の構成は、項５２に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置である。【０１４２】
項５５及び５６によれば、項２９乃至５４のいずれか一項と同様の効果を有する光ディスクドライブ装置を得られる。【０１４３】
項５７記載の構成は、項１に記載の対物光学系において、前記対物光学系は、前記第１光学素子と第２光学素子とを含む２枚以上の光学素子により構成され、前記第１位相構造は、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を含む階段状とされたパターンが同心円状に配列して構成された回折構造である。【０１４４】
対物光学系を項５７のような構成とすることで、波長比がほぼ整数比となる関係にある波長λ１の光束（例えば波長λ１＝４０７ｎｍ程度の青紫色レーザ光束）と波長λ３の光束（例えば波長λ３＝７８５ｎｍ程度の赤外レーザ光束）を、第１位相構造を利用して互いに異なる角度で出射することができるので、保護基板厚ｔ１とｔ３の厚みの差に起因した球面収差の補正と、それぞれの波長の光束の透過率の確保の両立が可能となる。【０１４５】
具体的には、第１位相構造ＨＯＥ（図１６（ａ）、（ｂ）を参照）は、材料Ａと材料Ｂとの境界面において、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を含む階段状とされたパターンを同心円状に配列して構成されており、各パターンは所定のレベル面の個数毎（図１６（ａ）、（ｂ）では５レベル面）に、そのレベル面数に対応した段数分（図１６（ａ）、（ｂ）では４段）の高さだけ段をシフトさせた構造を有する。【０１４６】
また、対物光学系を２枚以上の光学素子で構成し、各々の光学素子の波長λ１の光束に対する屈折力配分を変えることで以下に述べるような効果を達成することが可能となる。【０１４７】
波長λ１に対して必要とされる屈折力を複数の光学素子に分散させた場合には、各光学素子の製造を容易にすることが可能となる。このような構成とすると、各々の光学素子を樹脂製とした場合に、温度変化に伴う球面収差の発生を小さくすることも可能となるので、高開口数（ＮＡ）の対物光学系を樹脂レンズのみで構成することが出来、低コスト化や軽量化に有利である。また、波長λ１の光束に対して必要とされる屈折力を複数の光学素子に分散させた場合には、対物光学系を単レンズで構成する場合と比較してワーキングディスタンスＷＤが短くなり、特に薄型の光ピックアップ装置では保護基板が厚い第３光情報記録媒体側のＷＤが問題となるが、第１位相構造に対して、波長λ３の光束を発散光束に変換する回折特性を与えることで、第３光情報記録媒体側のＷＤを十分に確保することが可能となる。【０１４８】
また、第１位相構造が形成される第１光学素子の波長λ１に対する屈折力を略ゼロとした場合には、第１位相構造のシェーディング効果による透過率の低下を低減することが可能となるとともに、第１位相構造の形成を容易にすることが出来る。【０１４９】
項５８記載の構成は、項５７に記載の対物光学系において、前記第１位相構造が、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を含む階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造である。【０１５０】
第１光源として設計波長からずれた光源を使用する場合には、各パターンを構成する各々の段差により付加される光路差は、波長の整数倍から僅かにずれるため、１つのパターン内では局所的な球面収差が発生することになるが、レベル面数に対応した段数分の高さだけ段がシフトされた部分で、局所的な球面収差を持つ波面が途切れることになるので、巨視的な波面は平坦となる。このように、第１位相構造をレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造とすることで第１光源の発振波長の個体差に対する公差を緩和できる。【０１５１】
項５９記載の構成は、項５７又は５８に記載の対物光学系において、前記前記光ピックアップ装置が、更に、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される第２波長（λ１＜λ２＜λ３）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は再生を行う。【０１５２】
項６０記載の構成は、項５７乃至５９のいずれか一項に記載の対物光学系において、ｄ線における前記材料Ａのアッベ数及び屈折率をνｄＡ及びｎｄＡとし、ｄ線における前記材料Ｂのアッベ数及び屈折率をνｄＢ及びｎｄＢとした場合、
−３．５≦（νｄＡ−νｄＢ）／［１００×（ｎｄＡ−ｎｄＢ）］≦−０．７
を満たす。【０１５３】
但し、ｎｄＡ≠ｎｄＢ
図１９は、ｄ線におけるアッベ数を横軸にとり、ｄ線における屈折率を縦軸にとったグラフである。例えば、第１部材の材料として材料Ａ（ｄ線におけるアッベ数νｄＡ、屈折率ｎｄＡ）を特定した場合、この材料Ｂ（ｄ線におけるアッベ数νｄＢ、屈折率ｎｄＢ）と組み合わせることが好ましい材料Ｂは１つに特定されるものではなく、グラフ中の領域Ａに示すような、ある一定の範囲内に存在するものであれば良い。また、同様のことは、材料Ａを特定した場合における材料Ｂを選択する際にも当てはまる。【０１５４】
項６０に示す式中の（νｄＡ−νｄＢ）／｛１００×（ｎｄＡ−ｎｄＢ）｝は、材料Ａ（ｎｄＡ，νｄＡ）と材料Ｂ（ｎｄＢ，νｄＢ）とを結んだ線分Ｌ１の傾きを表すものであり、この傾きが上記範囲内となるような材料Ａと材料Ｂとを選択して第１光学素子の材料とすることにより、波長λ３の光束の回折効率を高めることができる。【０１５５】
項６１記載の構成は、項５７乃至６０のいずれか一項に記載の対物光学系であって、ｄ線における前記材料Ａのアッベ数及び屈折率をνｄＡ及びｎｄＡとし、ｄ線における前記材料Ｂのアッベ数及び屈折率をνｄＢ及びｎｄＢとした場合、
１１≦［（νｄＡ−νｄＢ）２＋１０４×（ｎｄＡ−ｎｄＢ）２］１／２≦４７．５
を満たす。【０１５６】
項６１に示す式中の｛（νｄＡ−νｄＢ）２＋１０４×（ｎｄＡ−ｎｄＢ）２｝１／２は、図１９において、材料Ａ（ｎｄＡ，νｄＡ）と材料Ｂ（ｎｄＢ，νｄＢ）とを結んだ線分Ｌ１の長さを表すものである。第１位相構造中の各パターンの形状は、その光軸方向の長さ（深さ）と光軸垂直方向の長さ（ピッチ）との比（アスペクト比ともいう）が１：１に近づくほど、通過光束の透過率（回折効率）が低下することが知られており、透過率（回折効率）を確保するためには、ピッチに対して深さを小さくすることが望ましく、これには、項６１に示した式の範囲内とすることが望ましい。【０１５７】
項６１に示した式の下限値を下回ると、材料Ａと材料Ｂの屈折率差が小さくなりすぎるため、パターンの深さが深くなり、透過率（回折効率）が低下する。また、上限値を上回ると、材料Ａと材料Ｂの屈折率差が大きくなりすぎるため、一方の材料の屈折率を極端に小さくしたり、一方の材料の屈折率を極端に大きくする必要がある。前者のような材料は、大きな屈折力を必要とする対物光学系のような光学素子には適さないという問題があり、後者のような材料は樹脂材料に少ないため、第１光学素子を樹脂化して低コスト化や軽量化を達成することができないという問題がある。【０１５８】
図２０は、
ケース１（νｄＡ，  ｎｄＡ）＝（３３，１．５１）、（νｄＢ，ｎｄＢ）＝（２７，１．６１）、
ケース２（νｄＡ，  ｎｄＡ）＝（６３，１．５１）、（νｄＢ，ｎｄＢ）＝（２７，１．６１）、
ケース３（νｄＡ，  ｎｄＡ）＝（６０，１．４５）、（νｄＢ，ｎｄＢ）＝（２７，１．６１）、
ケース４（νｄＡ，  ｎｄＡ）＝（３５，１．５５）、（νｄＢ，ｎｄＢ）＝（２７，１．６１）
における、回折効率、各パターンの深さ、項６０の式中の（νｄＡ−νｄＢ）／｛１００×（ｎｄＡ−ｎｄＢ）｝の値、項６１の式中の｛（νｄＡ−νｄＢ）２＋１０４×（ｎｄＡ−ｎｄＢ）２｝１／２の値を示す表である。ここでは、第１位相構造の各パターン内のレベル面数を５、波長λ１＝４０７ｎｍ、波長λ３＝７８５ｎｍ、として回折効率の計算を行い、さらに、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の第２光情報記録媒体（後述）に対する情報の記録／再生を行うための、波長λ２＝６５５ｎｍの回折効率の計算も併せて行った。【０１５９】
表より、項６０の式を満たすケース３及びケース４では、項６０の式の上限値を上回るケース１及び項６０の式の下限値を下回るケース２の回折効率と比較して、波長λ２と波長λ３の光束の回折効率が高くなることが分かる。【０１６０】
また、項６１の式を満たすケース１、２及び３では、項６１の式の下限値を下回るケース４と比較して、パターンの深さが浅くなることが分かる。【０１６１】
項６２記載の構成は、項６０に記載の対物光学系であって、
２０≦νｄＢ≦４０、
１．５５＜ｎｄＢ≦１．７０
を満たす。【０１６２】
項６３記載の構成は、項６１又は６２に記載の対物光学系であって、
２０≦νｄＢ≦４０、
１．５５＜ｎｄＢ≦１．７０
を満たす。【０１６３】
項６４記載の構成は、項６０に記載の対物光学系であって、
４５≦νｄＡ≦６５、
１．４５≦ｎｄＡ≦１．５５
を満たす。【０１６４】
項６５記載の構成は、項６１又は６２に記載の対物光学系であって、
４５≦νｄＡ≦６５、
１．４５≦ｎｄＡ≦１．５５
を満たす。【０１６５】
項６２乃至６５は、νｄＡ、νｄＢ、ｎｄＡ、ｎｄＢの好ましい範囲を規定するものである。材料Ａ及び材料Ｂとして、項６２乃至６５の式を満たす材料を使用することで、項６０又は６１と同様の作用効果を得ることができる。【０１６６】
項６６記載の構成は、項５７乃至６５のいずれか一項に記載の対物光学系であって、
α×λ１＝λ３
Ｋ１−０．１≦α≦Ｋ１＋０．１
を満たす。
但し、Ｋ１：自然数
項６７記載の構成は、項６６に記載の対物光学系であって、Ｋ１＝２である。【０１６７】
本発明の技術は、項６６に記載のように使用波長の比が略整数倍である光情報記録媒体間の互換を達成する場合に有効である。具体的には、項６７に記載のように、使用波長の比が略２倍である高密度光ディスク（ＢＤ又はＨＤ）とＣＤとの互換を達成する場合に有効である。【０１６８】
項６８記載の構成は、項６６又は６７に記載の対物光学系であって、前記第１位相構造に入射した前記第１の光束は回折せず、前記第３の光束は回折する。【０１６９】
項６８に記載の構成によれば、波長の比が略整数倍である第１の光束と第３の光束とうち、第３の光束にのみ回折作用を与えることで、第３の光束の回折方向を自由に設定することが可能となる。すなわち、第１の光束に対する収差に影響を与えることなく、第３の光束に対する収差が最良となるように第３の光束の回折方向を制御することができる。【０１７０】
尚、一般的に光学素子の製造は波長が短くなるほど難しくなるため、第１光学素子や第２光学素子の非球面形状は、第１の光束に対する集光特性が最良となるように決定しておくのが好ましい。【０１７１】
項６９記載の構成は、項６８に記載の対物光学系であって、以下の式を満たす。【０１７２】
Ｌ＝ｄ１・（ｎＢ１−ｎＡ１）／λ１                            （３５）
Ｍ＝ｄ１・（ｎＢ３−ｎＡ３）／λ３                              （３６）
Ｌ／ＩＮＴ（Ｍ）≠Ｉｎｔｅｒｇｅｒ                              （３７）
φ（Ｍ）＝ＩＮＴ（Ｄ・Ｍ）−（Ｄ・Ｍ）                          （３８）
−０．４＜φ（Ｍ）＜０．４                                      （３９）
Ｌ＝２又は３                                                    （４０）
但し、
ｄ１：前記第１位相構造の前記各パターンを構成する各段差の光軸方向の深さ
ｎＡ１：第１の光束に対する前記材料Ａの屈折率
ｎＢ１：第１の光束に対する前記材料Ｂの屈折率
ｎＡ３：第３の光束に対する前記材料Ａの屈折率
ｎＢ３：第３の光束に対する前記材料Ｂの屈折率
Ｄ：前記第１位相構造の前記各パターン内に形成されたレベル面数
Ｉｎｔｅｒｇｅｒ：整数
ＩＮＴ（Ｘ）：Ｘに最も近い整数
項６９に記載の条件式において、Ｌ、Ｍはそれぞれ、第１位相構造の各パターン内に形成された各段差の光軸方向の深さにより第１及び第３の光束に対して付加される波長単位の光路差である。最適な材料Ａと材料Ｂの組み合わせを選択する際には、（３７）式を満たすような屈折率を有する材料を選択することで、第３の光束に対して回折作用を与えることが出来るので、保護基板厚ｔ１とｔ３の厚みの差に起因した球面収差を補正することが可能である。更に、（３９）式を満たすように、各パターン内に形成されたレベル面数を設定することで、第３の光束の回折効率を十分に高く確保することが可能となる。ここで、Ｌは２又は３であることが好ましい。Ｌの値が大きくなるほど各段差の光軸方向の深さｄ１が深くなり、階段形状を精度良く製造することが困難になるため、Ｌが４以上にすることは、むやみに各段差の光軸方向の深さｄ１を大きくすることになり、好ましくない。一方、Ｌの値が１であると、第３の光束の回折効率を確保することが出来ない。【０１７３】
項７０記載の構成は、項５８に記載の対物光学系であって、前記各パターンを構成する各段差の光軸方向の深さｄ１は、
０．８×λ１×Ｋ２／（ｎＢ１−ｎＡ１）≦ｄ１≦１．２×λ１×Ｋ２／（ｎＢ１−ｎＡ１）
を満たす。
但し、
ｎＡ１：第１の光束に対する前記材料Ａの屈折率、
ｎＢ１：第１の光束に対する前記材料Ｂの屈折率、
Ｋ２：自然数
項７１記載の構成は、項７０に記載の対物光学系であって、Ｋ２＝２を満たす。【０１７４】
項７０に記載のように、波長の比が略整数倍である第１の光束と第３の光束とうち、第３の光束にのみ回折作用を与えるような回折特性を第１位相構造に対して与える場合には、項７２に記載の構成のように、第１の光束に対して与える光路差が、波長λ１の略整数倍となるように第１位相構造の各パターンを構成する各段差の光軸方向の深さｄ１を設計しておくのが好ましく、これにより、第１の光束の透過率を十分高く確保することが可能となる。特に、項７１に記載のように、第１の光束に対して波長λ１の略２倍の光路差を与えるように各段差の光軸方向の深さｄ１を設計しておくことで、第１位相構造により回折作用を受ける第３の光束の回折効率の設計値を高くすることができる。【０１７５】
項７２記載の構成は、項５８乃至７１のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記各パターンを構成するレベル面数は５である。【０１７６】
但し、レベル面数とは、前記第１位相構造の１周期内にある輪帯状の光学面の数を指す。【０１７７】
項５８〜７１のいずれか一項に記載の特性や構成を有する第１位相構造において、各パターンを構成するレベル面数を５とするのが好ましい。これにより第１位相構造の各パターン（回折輪帯の１周期分）により第３の光束に対して付加される光路差を、波長λ３の略整数倍とすることが可能となるので、第３の光束の回折効率の設計値を最大とすることができる。【０１７８】
項７３に記載の構成は、項５７乃至７２のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３との差に起因した球面収差の補正機能を有する。【０１７９】
項７３に記載の構成によれば、高密度光ディスクとＣＤとに対して互換性を有する対物光学系が実現できる。具体的には、入射光束の波長が長くなった場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性を第１位相構造に持たせるのが好ましい。【０１８０】
項７４記載の構成は、項５７乃至１４のいずれか一項に記載の対物光学系であって前記第１光束及び第３光束に対する前記対物光学系の光学系倍率ｍ１及びｍ２は、
ｍ１＝ｍ２＝０を満たす。【０１８１】
項７４に記載の構成によれば、対物光学系がトラッキング駆動した場合でも物点位置が変化しないので、いずれの波長の光束に対しても良好なトラッキング特性が得られる。【０１８２】
以上に説明したように、従来技術のように、レンズの表面に回折構造を形成する場合には、使用波長の比が略整数倍となる光情報記録媒体間での互換（例えば、青紫色レーザ光束を使用する高密度光ディスクと赤外レーザ光束を使用するＣＤとの互換）を、いずれの波長の光束に対しても高い透過率（回折効率）を確保しつつ達成することは困難であったが、本発明にあるように、ｄ線におけるアッベ数が互いに異なる材料Ａと材料Ｂとを積層させ、その境界面に形成した第１位相構造の各パターンを構成する各段差の光軸方向の深さｄ１を第１の光束に対して与える光路差が、波長λ１の略整数倍となるように設計し、なおかつ各パターンを構成するレベル面の個数を、材料Ａと材料Ｂとの屈折率の差の比に応じて適切に選択することで、いずれの波長の光束（特に長い方の波長の光束）に対しても高い透過率（回折効率）を確保することが可能となる。【０１８３】
項７５記載の構成は、項項５９に記載の対物光学系であって、
β×λ１＝λ２、
１．５≦β≦１．７を満たす。【０１８４】
項７６に記載の構成によれば、高密度光ディスクとＣＤとに互換性を有する対物光学系に対して、さらにＤＶＤに対する互換性も持たせることが可能となる。【０１８５】
項７６記載の構成は、項５９又は７５に記載の対物光学系であって、以下の式を満たす。【０１８６】
Ｌ＝ｄ１・（ｎＢ１−ｎＡ１）／λ１                                    （３５）
Ｎ＝ｄ１・（ｎＢ２−ｎＡ２）／λ２                                    （４１）
Ｌ／ＩＮＴ（Ｎ）＝Ｉｎｔｅｒｇｅｒ                                    （４２）
φ（Ｎ）＝ＩＮＴ（Ｄ・Ｎ）−（Ｄ・Ｎ）                                （４３）
−０．４＜φ（Ｎ）＜０．４                                            （４４）
Ｌ＝２
但し、
ｄ１：前記第１位相構造の前記各パターンを構成する各段差の光軸方向の深さ
ｎＡ１：第１の光束に対する前記材料Ａの屈折率
ｎＢ１：第１の光束に対する前記材料Ｂの屈折率
ｎＡ２：第２の光束に対する前記材料Ａの屈折率
ｎＢ２：第２の光束に対する前記材料Ｂの屈折率
Ｄ：前記第１位相構造の前記各パターン内に形成されたレベル面数
Ｉｎｔｅｒｇｅｒ：整数
ＩＮＴ（Ｘ）：Ｘに最も近い整数
項７６に記載の条件式において、Ｌ、Ｎはそれぞれ、第１位相構造の各パターン内に形成された各段差の光軸方向の深さにより第１及び第２の光束に対して付加される波長単位の光路差である。本発明の対物光学系に第２の光束を使用する第２光情報記録媒体に対する互換性も持たせる場合には、前述の（３７）式に加えて、（４２）式を満たすような屈折率を有する材料を選択するのが好ましく、これにより、各段差の光軸方向の深さにより第２の光束に対して付加される位相差は実質的にゼロとなるため、第２の光束をそのまま透過させることが可能となる。更に、（４４）式を満たすように、各パターン内に形成されたレベル面数を設定することで、第２の光束の透過率を十分に高く確保することが可能となる。ここで、Ｌは２であることが好ましい。Ｌが２以外の値をとると、（４２）式及び（４４）式を同時に満たすことができないため、第２の光束を高い透過率でそのまま透過させることが困難になる。【０１８７】
項７７記載の構成は、項５９、７５、７６のいずれか一項に記載の対物光学系であって前記対物光学系は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯から構成される第２位相構造を有する。【０１８８】
項７８記載の構成は、項７７に記載の対物光学系であって、前記第２位相構造は、前記第１光学素子の光学面のうち、前記第１部材と前記第２部材との境界面以外の光学面に形成される。【０１８９】
項７９記載の構成は、項７７に記載の対物光学系であって前記第２位相構造は、前記材料Ａと前記材料Ｂのうちｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料の空気との界面上に形成されている。【０１９０】
項８０記載の構成は、項７７に記載の対物光学系であって、前記第２位相構造は、前記第２光学素子の光学面に形成される。【０１９１】
ＤＶＤの使用波長であるλ２は、高密度光ディスクの使用波長であるλ１の１．６倍程度であるため、従来技術と同様のレンズの表面に形成した位相構造により、第１の光束と第２の光束とに対して互いに異なる光学作用を与えることが可能となる。項７８〜８０に記載の構成は、本発明の対物光学系において、高密度光ディスクとＤＶＤとの互換性を与えるための第２位相構造を形成するのに好ましい箇所を規定するものである。【０１９２】
項８１記載の構成は、項７７乃至８０に記載の対物光学系であって、前記第２位相構造は、前記第２位相構造に入射した前記第１と前記第３の光束は回折せず、前記第２の光束は回折する特性を有する回折構造である。【０１９３】
項８１に記載の構成によれば、第２位相構造に対して、第２の光束にのみ回折作用を与えることで、第１の光束及び第３の光束に対する収差に影響を与えることなく、第２の光束に対する収差が最良となるように第２の光束の回折方向を制御しつつ、第２位相構造を設計することができる。【０１９４】
項８２記載の構成は、項８１に記載の対物光学系であって、前記第２位相構造は、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を含む階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造である。【０１９５】
第１光源や第３光源として設計波長からずれた光源を使用する場合には、第２位相構造の各パターンを構成する各々の段差により付加される光路差は、波長の整数倍から僅かにずれるため、１つのパターン内では局所的な球面収差が発生することになるが、レベル面数に対応した段数分の高さだけ段がシフトされた部分で、局所的な球面収差を持つ波面が途切れることになるので、巨視的な波面は平坦となる。このように、第２位相構造をレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造とすることで第１光源と第３光源の発振波長の個体差に対する公差を緩和できる。【０１９６】
項８３記載の構成は、項８２に記載の対物光学系であって、前記第２位層構造のパターンを構成する各段差の光軸方向の深さｄ２が、
０．８×λ１×Ｋ３／（ｎＣ１−１）≦ｄ２≦１．２×λ１×Ｋ３／（ｎＣ−１）
を満たす。
但し、
ｎＣ：第１部材と第２部材のうち、波長λ１の光束に対する前記第２位相構造が表面に形成された部材の屈折率、
Ｋ３：偶数
項８４記載の構成は、項８３に記載の対物光学系であって、Ｋ３＝２を満たす。【０１９７】
項８４に記載のように、第２の光束にのみ回折作用を与えるような回折特性を第２位相構造に対して与える場合には、項８３に記載の構成のように、第１の光束に対して与える光路差が、波長λ１の略偶数倍となるように第２位相構造の各パターンを構成する各段差の光軸方向の深さｄ２を設計しておくのが好ましく、これにより、第１の光束の透過率を十分高く確保することが可能となる。同時に、このように設計された段差により第３の光束に対して付加される光路差は、波長λ３の略奇数倍となるため、第３の光束の透過率も十分高く確保することが可能である。【０１９８】
特に、項８４に記載のように、第１の光束に対して波長λ１の略２倍の光路差が与えるように各段差の光軸方向の深さｄ１を設計しておくことで、第２位相構造により回折作用を受ける第２の光束の回折効率の設計値を高くすることができる。【０１９９】
項８５に記載の構成は、項８２乃至８４に記載の対物光学系であって、前記各パターンを構成するレベル面数は５である。【０２００】
但し、レベル面数とは、前記第２位相構造の１周期内にある輪帯状の光学面の数を指す。【０２０１】
項８２〜８４のいずれか一項に記載の特性や構成を有する第２位相構造において、各パターンを構成するレベル面数を５とするのが好ましい。これにより第２位相構造の各パターン（回折輪帯の１周期分）により第２の光束に対して付加される光路差を、波長λ２の略整数倍とすることが可能となるので、第２の光束の回折効率の設計値を最大とすることができる。【０２０２】
項８６記載の構成は、項７７乃至８０のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第２位相構造の光軸を含む断面形状は、鋸歯形状である。【０２０３】
項８７記載の構成は、項７７乃至８０のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第２位相構造の光軸を含む断面形状は、光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造、或いは、光軸から離れるに従って光路長が短くなる階段構造である。【０２０４】
項８８記載の構成は、項７７乃至８０のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第２位相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階段構造、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階段構造である。【０２０５】
第２位相構造として、項８１〜８５で説明したような回折構造のほかに項８６〜８８に記載のような位相構造を使用することもできる。これらの位相構造には、第２の光束だけではなく、第１の光束や第３の光束に対しても収差補正機能を持たせることが可能である。例えば、高密度光ディスクとＤＶＤとの互換を実現するための球面収差補正機能のほかに、波長λ１の波長領域での色収差補正機能等を持たせることで対物光学系の集光特性をより向上することができる。【０２０６】
項８９記載の構成は、項７７乃至８８に記載の対物光学系であって、前記第２位相構造により前記第１の光束に付加される光路差は、前記λ１の偶数倍である。【０２０７】
項８９に記載のように、第２位相構造として項８６〜８８に記載のような位相構造を使用する場合には、第２位相構造により第１の光束に対して付加される光路差が、波長λ１の略偶数倍となるように設計しておくのが好ましく、これにより、第１の光束の透過率を十分高く確保することが可能となる。同時に、このように設計された第２位相構造により第３の光束に対して付加される光路差は、波長λ３の略奇数倍となるため、第３の光束の透過率も十分高く確保することが可能である。【０２０８】
項９０記載の構成は、項７７に記載の対物光学系であって、前記第２位相構造を構成する前記各輪帯の光軸方向の段差の距離ｄ３［μｍ］は、
５≦ｄ３≦１０を満たす。【０２０９】
項９０の式を満たすように、第２位相構造を構成する各輪帯の光軸方向の段差ｄ３を設計しておくことで、第２位相構造のシェーディング効果による透過率の低下を低減することが可能となるとともに、第２位相構造の形成を容易にすることが出来る。【０２１０】
項９１記載の構成は、項７７乃至９０のいずれか一項に記載の対物光学系であってｔ１＝ｔ２を満たすとともに、前記第２位相構造は前記第１の光束と前記第２の光束との波長差に起因した色の球面収差を補正する機能を有する。【０２１１】
項９２記載の構成は、項７７乃至９０のいずれか一項に記載の対物光学系であって、ｔ１＜ｔ２を満たすとともに、前記第２位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ２との差に起因した球面収差の補正機能を有する。【０２１２】
項９１に記載のように、高密度光ディスクの保護基板厚がＤＶＤと同じである場合には（例えばＨＤ）、第２位相構造により波長λ１と波長λ２との差によって生じる色の球面収差を補正することで高密度光ディスクとＤＶＤとの互換を実現できる。また、項９２に記載のように、高密度光ディスクの保護基板厚がＤＶＤよりも薄い場合には（例えばＢＤ）、第２位相構造により波長１と波長２との差によって生じる色の球面収差に加えて、ｔ１とｔ２との差によって生じる球面収差を補正することで高密度光ディスクとＤＶＤとの互換を実現できる。【０２１３】
項９３記載の構成は、項５９乃至９２のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第１、２及び３の光束に対する前記対物光学系の光学系倍率ｍ１、ｍ２及びｍ３は、
ｍ１＝ｍ２＝ｍ３＝０を満たす。【０２１４】
項９３に記載の構成によれば、対物光学系がトラッキング駆動した場合でも物点位置が変化しないので、いずれの波長の光束に対しても良好なトラッキング特性が得られる。【０２１５】
以上説明したように、本発明による対物光学系の表面に第２位相構造を形成することで高密度光ディスクとＣＤとに互換性を有する対物光学系に対して、さらにＤＶＤに対する互換性も持たせることが可能となる。【０２１６】
項９４記載の構成は、項７７乃至９３のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第２位相構造は前記第１の光束に対する色収差の補正機能を有する。【０２１７】
項９４に記載の構成によれば、波長λ１の波長領域での色収差補正機能等を持たせることで対物光学系の集光特性をより向上することができる。これにより再生から記録に切り替える際の第１光源の出力の変化に伴って瞬時的に波長変化（モードホップ）が起きた場合でも、集光スポットが大きくならず、常に良好な集光状態を維持することが可能となる。【０２１８】
項９５記載の構成は、項７７乃至９３のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第２位相構造は、前記第１光学素子及び前記第２光学素子の少なくとも一方の屈折率変化に伴う球面収差の増大を補正する機能を有する。【０２１９】
周知のように、屈折率変化に伴う球面収差の増大は対物光学系のＮＡの４乗に比例して大きくなるため、対物光学系を温度変化に伴う屈折率変化が大きい樹脂製とする場合はかかる球面収差の増大に対する対策が必須となる。また、ＮＡ０．８５の対物光学系では、樹脂と比べて温度変化に伴う屈折率変化が小さいガラス製であっても、温度変化に伴う球面収差の増大が無視できない場合がある。項９５に記載の構成によれば、かかる温度変化に伴う球面収差の増大を第３位相構造により補正することで、使用可能な温度範囲の広い対物光学系を提供することが可能となる。【０２２０】
項９６記載の構成は、項５７乃至９５のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記境界面は、光軸を含む中央領域と、該中央領域の周囲を囲む周辺領域の２つの領域を有し、前記中央領域は、前記第１の光束のうち、前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束と、前記第３の光束のうち、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束が共に通過する領域であって、前記第１位相構造は、前記第１位相構造は、前記中央領域に形成されており、周辺領域には形成されていない。【０２２１】
項９６に記載の構成によれば、高密度光ディスクとＣＤの保護基板厚の違いに起因する球面収差が、ＣＤに対して情報の記録／再生を行うのに必要な開口数（ＮＡ３）内だけで補正され、ＮＡ３より外側の領域では補正されないことになるので、ＮＡ３より外側の領域を通過する第２の光束をスポット形成に寄与しないフレア成分とすることができる。これにより、本発明による対物光学系に対して、第２の光束に対応した開口制限機能を持たせることが可能となる。【０２２２】
項９７記載の構成は、項５７乃至９５のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記境界面は、光軸を含む中央領域と、該中央領域の周囲を囲む周辺領域の２つの領域とを有し、前記中央領域は、前記第１の光束のうち、前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束と、前記第３の光束のうち、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束が共に通過する領域であって、前記周辺領域は、前記第１の光束のうち、前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束と、前記第３の光束のうち、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用されない光束が共に通過する領域であって、前記第１位相構造は、前記中央領域と前記周辺領域の何れにも形成されている。【０２２３】
項９７に記載の構成によれば、ＣＤに対して情報の記録／再生を行うのに必要な開口数（ＮＡ３）内に形成した第１位相構造と、ＮＡ３より外側の領域に形成した第１位相構造の第３の光束に対する回折パワーを異ならしめることにより、ＮＡ３より外側の領域を通過する第２の光束をスポット形成に寄与しないフレア成分とすることができるとともに、ＮＡ３より外側の領域を通過する第２の光束が集光する位置を任意に制御することができる。これにより、本発明による対物光学系に対して、第２の光束に対応した開口制限機能を持たせることが可能となる。【０２２４】
項９８記載の構成は、項９６に記載の対物光学系であって、前記第３の光束のうち、前記周辺領域を通過した領域を通過した光束は、前記中央領域を通過した光束よりもオーバー側に集光する。【０２２５】
項９９記載の構成は、項９７に記載の対物光学系であって、前記第３の光束のうち、前記周辺領域を通過した領域を通過した光束は、前記中央領域を通過した光束よりもオーバー側に集光する。【０２２６】
第１の光束に対して球面収差補正が最適化された対物光学系に対して第３の光束が入射すると、球面収差はオーバー側に残留する。そこで、項９８及び９９に記載の構成のように、ＣＤに対して情報の記録／再生を行うのに必要な開口数（ＮＡ３）より外側の領域を通過する第３の光束が、ＮＡ３内の領域を通過した光束よりもオーバー側に集光するようにＮＡ３内の領域に形成した第１位相構造により球面収差を補正するようにすると、ＮＡ３内の領域に形成した第１位相構造の回折ピッチが不必要に細かくなり過ぎず、入射光束の透過率を向上させることが可能となる。【０２２７】
項１００記載の構成は、項５７乃至９９のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記境界面が、入射光束に対する屈折パワーを持たない平面で構成されている。【０２２８】
項１００に記載の構成によれば、第１位相構造の各パターンを構成する各レベル面が光軸に対して垂直となるため、第１位相構造を形成するための金型の加工性が向上する。【０２２９】
項１０１記載の構成は、項５７乃至１００のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記材料Ａ及び前記材料Ｂのうち、いずれか一方は紫外線硬化樹脂である。【０２３０】
一般的に、紫外線硬化樹脂はｄ線におけるアッベ数の制御がし易いため、項１０１に記載のように、材料Ａ及び材料Ｂのうち、いずれか一方を紫外線硬化樹脂とすることで、最適な材料の組み合わせが得られやすく、第１位相構造の入射光束に対する透過率（回折効率）を高めれらる。【０２３１】
尚、第１光学素子の製造方法としては、第１位相構造がその表面上に形成された光学素子上に、紫外線硬化樹脂を積層させた後、紫外線を照射することで硬化させる方法が製造上適している。【０２３２】
また、第１位相構造がその表面上に形成された光学素子を作製する方法として、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して、基板上に直接第１位相構造を形成する方法や、位相構造を形成したモールド（金型）を作製して、そのモールドのレプリカとしてかかる光学素子を得る、所謂モールド成形が大量生産には適している。尚、位相構造が形成されたモールドを作製する方法としては、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して位相構造を形成する方法でもよいし、精密旋盤により位相構造を機械加工する方法でもよい。【０２３３】
項１０２記載の構成は、項５７乃至１０１のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記材料Ａ及び前記材料Ｂはいずれも樹脂である。【０２３４】
項１０２に記載のように、材料Ａと材料Ｂをいずれも樹脂製とすることで、第１光学素子の軽量化や低コスト化を実現できる。尚、材料Ａと材料Ｂのうち、ｄ線におけるアッベ数が大きいほうの材料として日本ゼオン社製のゼオネックス（製品名）や三井化学社製のアペル（製品名）等に代表される環状ポレオレフィン系の光学樹脂を使用するのが好ましく、ｄ線におけるアッベ数が小さいほうの材料として、紫外線硬化樹脂や大阪ガスケミカル社製のＯＫＰ４等に代表されるフルオレン系ポリエステル光学樹脂を使用するのが好ましい。【０２３５】
項１０３記載の構成は、項５７乃至１０２のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第１光学素子の光学面のうち、少なくとも１つの面は非球面である。【０２３６】
項１０３に記載の構成によると、第１光学素子に少なくとも１つの非球面を形成することで対物光学系の設計特性を向上することができる。【０２３７】
項１０４記載の構成は、項７７乃至１０３いずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第２光学素子は、前記第１光学素子に対して前記光情報記録媒体側に配置される。【０２３８】
項１０４に記載の構成によれば、第１光学素子の曲率を小さくした対物光学系の設計が可能となり、第１位相構造のシェーディング効果による透過率の低下をを小さくすることができる。また、第１位相構造の有効径を大きく確保することができるので、回折ピッチが小さくなりすぎず、入射光束の透過率を向上させることが可能となる。【０２３９】
項１０５記載の構成は、項５７乃至１０４のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正する。【０２４０】
項１０６記載の構成は、項５７乃至１０５のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第２光学素子を構成する材料のｄ線におけるアッベ数は５０〜７０の範囲内である。【０２４１】
項１０５や項１０６に記載のように、入射光束に対して大きな屈折力を必要とする第２光学素子のｄ線におけるアッベ数を５０〜７０の範囲内とすることにより、第１の光束に対する色収差特性を向上させることが可能となる。【０２４２】
項１０７記載の構成は、第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び項５７乃至１０６のいずれか一項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置である。【０２４３】
項１０８記載の構成は、項１０７に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置である。【０２４４】
項１０９記載の構成は、項１記載の対物光学系であって、前記材料Ａのｄ線におけるアッベ数と前記材料Ｂのｄ線におけるアッベ数の差Δνｄが以下の（５１）式を満たすとともに、前記材料Ａの温度変化に伴う屈折率変化率（ｄｎ／ｄＴ）Ａ、及び前記材料Ｂの温度変化に伴う屈折率変化率（ｄｎ／ｄＴ）Ｂが以下の関係を満たし、
前記第１位相構造は輪帯状の段差を有する。【０２４５】
２０＜｜Δνｄ｜＜４０                                          （５１）
０．３＜（ｄｎ／ｄＴ）Ａ／（ｄｎ／ｄＴ）Ｂ＜３                  （５２）
項１１０記載の構成は、項１０９に記載の対物光学系であって、以下の（５３）式を満たす。【０２４６】
０．５＜（ｄｎ／ｄＴ）Ａ／（ｄｎ／ｄＴ）Ｂ＜２                  （５３）
項１１１記載の構成は、項１０９又は１１０に記載の対物光学系であって、前記光ピックアップ装置が、更に、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される第２波長（λ１＜λ２＜λ３）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は再生を行う。【０２４７】
項１１２記載の構成は、項１０９乃至１１１のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記材料Ａ及び前記材料Ｂはともに樹脂である。【０２４８】
項１１３記載の構成は、項１に記載の対物光学系であって、前記材料Ａのｄ線におけるアッベ数と前記材料Ｂのｄ線におけるアッベ数の差Δνｄが以下の（５１）式を満たすとともに、前記材料Ａはガラスであって、前記材料Ｂは母体となる樹脂中に平均粒子直径が３０ｎｍ以下の無機粒子を分散させた材料であり、
前記第１位相構造は輪帯状の段差を有する。【０２４９】
２０＜｜Δνｄ｜＜４０                                          （５１）
項１１４記載の構成は、項１１３に記載の対物光学系であって、前記材料Ｂにおいて、前記母体となる樹脂の温度変化に伴う屈折率変化率と、前記無機粒子の温度変化に伴う屈折率変化率が互いに逆符号である。【０２５０】
項１１５記載の構成は、項１１３又は１１４に記載の対物光学系であって、前記材料Ａはガラス転移点Ｔｇが４００℃以下である。【０２５１】
項１１６記載の構成は、項１１３乃至１１５の何れか一項に記載の対物光学系であって、前記材料Ａのｄ線におけるアッベ数をνｄＡとし、前記第２材料のｄ線におけるアッベ数をνｄＢとしたとき、以下の（５４）式及び（５５）式を満たす。【０２５２】
４０＜νｄ１＜８０                                        （５４）
２０＜νｄ２＜４０                                        （５５）
項１１７記載の構成は、項１１３乃至１１６の何れか一項に記載の対物光学系であって、前記第１波長λ１と前記第３波長λ３が以下の（５６）式を満たす。【０２５３】
β−０．１≦α≦β＋０．１                                  （５６）
但し、α＝λ３／λ１、βは自然数である。【０２５４】
項１１８記載の構成は、項１１７に記載の対物光学系であって、β＝２である。【０２５５】
項１１９記載の構成は、項１０９乃至１１８の何れか一項に記載の対物光学系であって、前記輪帯状の段差は５μｍ以上である。【０２５６】
項１２０記載の構成は、項１１３乃至１１９何れか一項に記載の対物光学系であって、前記輪帯状の段差は５μｍ以上である。【０２５７】
項１２１記載の構成は、項１１９に記載の対物光学系であって、前記輪帯状の段差は１０μｍ以上である。【０２５８】
項１２２記載の構成は、項１２０に記載の対物光学系であって、前記輪帯状の段差は１０μｍ以上である。【０２５９】
項１２３記載の構成は、項１０９乃至１２２の何れか一項に記載の対物光学系であって、前記第１位相構造は回折構造である。【０２６０】
項１２４記載の構成は、項１０９乃至１２３の何れか一項に記載の対物光学系であって、前記第１部材と前記第２部材との前記境界面以外の光学面に、第２位相構造を有する。【０２６１】
項１２５記載の構成は、項１０９乃至１２４の何れか一項に記載の対物光学系であって、前記第１光学素子が対物レンズである。【０２６２】
項１２６記載の構成は、項１０９乃至１２４の何れか一項に記載の対物光学系であって、前記対物光学系が、前記第１光学素子の光情報記録媒体側に対物レンズを有する。【０２６３】
項１２７記載の構成は、項１１１に記載の対物光学系において、ｔ２＞ｔ１であって、前記対物光学系は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差、及び、前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差を補正する。【０２６４】
項１２８記載の構成は、項１１１に記載の対物光学系において、ｔ２＝ｔ１であって、前記対物光学系は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差、及び、前記第１波長λ１と前記第２波長λ２の差に起因する球面収差を補正する。【０２６５】
項１２９記載の構成は、項１２６乃至１２８のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記対物レンズは、前記第１波長λ１と前記ｔ１に対して球面収差補正が最適化されている。【０２６６】
項１３０記載の構成は、項１０９乃至１２９のいずれか一項に記載の対物光学系であって、前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正することを特徴とする。【０２６７】
項１３１記載の構成は、項１０９乃至１３０のいずれか一項に記載の対物光学系であって、
α×λ１＝λ３
Ｋ１−０．１≦α≦Ｋ１＋０．１
を満たす。
但し、Ｋ１：自然数
項１３２記載の構成は、第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び項１０９乃至１１２のいずれか一項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置である。【０２６８】
項１３３記載の構成は、第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び項１１３乃至１３１のいずれか一項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置である。【０２６９】
項１３４記載の構成は、項１３２に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置である。【０２７０】
項１３５記載の構成は、項１３３に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置である。【０２７１】
項１０９記載の構成のように、（５１）式を満たすようなアッベ数の差を有する２つの材料を積層し、その境界面に位相構造（例えば回折構造）を形成することで、従来技術では困難であった青紫色レーザ光束（第１光束）と赤外レーザ光束（第３光束）の球面収差補正効果と透過率確保の両立が出来る。【０２７２】
また、２つの材料に挟まれた位相構造（以下、本明細書では「積層型位相構造」という）では、２つの材料の屈折率の差が設計値から変化すると、位相構造の透過率が変動し、安定した記録再生が行えない虞がある。例えば、２つの材料のうち、一方をガラス、他方を樹脂とした場合、ガラスと樹脂の温度変化に伴う屈折率変化率は一桁以上と違うことから、この構成の積層型位相構造では、温度変化に伴う屈折率の差が大きく変動する。その結果、温度変化に伴い透過率が大きく変動するため記録／再生に支障を来たす。【０２７３】
しかし、温度変化に伴う屈折率変化率が（５２）式を満たすような材料を選択することで、光ピックアップ装置の動作中に温度変化が起きた場合でも２つの材料の屈折率の差をほぼ一定に保つことが可能となり、温度変化に伴う回折効率変動を小さく出来る。【０２７４】
以上の作用効果を達成する為には、温度変化に伴う屈折率変化率が（５３）式を満たすような材料を選択するのがより好ましい。【０２７５】
（５２）式を満たすような２つの材料として、樹脂が最も適している。また、樹脂は溶融状態での粘性が低いため、位相構造のような微細構造をその表面に形状誤差少なく形成することが可能である。また、樹脂レンズはガラスレンズに対して低コスト、軽量である。特に回折光学素子を樹脂製として軽量化すると、光ディスクに対する情報の記録／再生時における、フォーカシングやトラッキング制御を行う駆動力が少なくて済む。【０２７６】
尚、２つの樹脂を積層する方法として、位相構造がそれぞれの表面に形成された２つの樹脂レンズを金型を用いた成形により作製し、その後、２つの樹脂レンズの位相構造同士を接合する方法や、位相構造がその表面に形成された樹脂レンズを金型を用いた成形により作製し、その樹脂レンズの位相構造の表面に、紫外線硬化樹脂を積層させた後、紫外線を照射することで硬化させる方法が製造上適している。【０２７７】
また、温度が上昇すると屈折率が下がる樹脂中に、温度が上昇すると屈折率が上昇する平均粒子直径３０ｎｍ以下の無機粒子を均質に混成することで両者の屈折率の温度依存性を打ち消すことが可能となる。これにより、樹脂の成形性を保持したまま、温度変化に伴う屈折率変化が小さい光学材料（以下、かかる光学材料を「アサーマル樹脂」と呼ぶ）。【０２７８】
項１１３の構成のように、ガラスとアサーマル樹脂とを積層させることで、光ピックアップ装置の動作中に温度変化が起きた場合でも２つの材料の屈折率の差をほぼ一定に保つことが可能となり、温度変化に伴う回折効率変動を小さく出来る。【０２７９】
ここで、光学素子の屈折率の温度変化について説明する。温度変化に対する屈折率の変化率は、Ｌｏｒｅｎｔｚ−Ｌｏｒｅｎｚの公式に基づいて、屈折率ｎを温度ｔで微分することにより、以下に示すＡで表される。【０２８０】
【数１】
2005117001.tif 000002
【０２８１】
但し、ｎはレーザ光源の波長に対する光学素子の屈折率であり、αは光学素子の線膨張係数であり、［Ｒ］は光学素子の分子屈折力である。【０２８２】
一般的な樹脂の場合は、第１項に比べて第２項の寄与が小さいので第２項はほぼ無視出来る。たとえば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）の場合、線膨張係数αは７×１０−５である、上式に代入すると、Ａ＝−１２×１０−５となり、実測値と概ね一致する。【０２８３】
ここで、本発明での第１光学素子では、直径が３０ｎｍ以下の微粒子プラスチック材料中に分散させることにより、実質的に上式の第２項の寄与を大きくし、第１項の線膨張による変化と打ち消しあうようにさせている。【０２８４】
具体的には、従来は−１２×１０−５程度であった温度変化に対する屈折率変化率を、絶対値で１０×１０−５未満に抑えることが好ましい。より好ましくは、８×１０−５未満、更に好ましくは、６×１０−５未満に抑えることが、光学素子の温度変化に伴う球面収差変化を低減するうえで好ましい。【０２８５】
例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）に、酸化二オブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させることにより、このような温度変化に対する屈折率変化の依存性を解消することが出来る。【０２８６】
母材となる樹脂は、体積比で８０、酸化二オブは２０程度の割合であり、これらを均一に混合する。微粒子は凝集しやすいという問題があるが、粒子表面に電荷を与えて分散させる技術も知られており、必要な分散状態を生じさせることが出来る。【０２８７】
尚、この体積比率は、温度変化に対する屈折率の変化の割合を制御するために、適宜増減できるし、複数種類のナノサイズ無機粒子をブレンドして分散させることも可能である。【０２８８】
体積比率では、上記の例では８０：２０であるが、９０：１０〜６０：４０までの間で適宜調整可能である。９０：１０よりも体積比率が小さいと屈折率変化抑制の効果が小さくなり、逆に、６０：４０を超えるとアサーマル樹脂の成形性に問題が生じるために好ましくない。【０２８９】
上述のようにアサーマル樹脂には無機粒子が用いられるが、さらに酸化物であることが好ましい。そして酸化状態が飽和していて、それ以上酸化しない酸化物であることが好ましい。【０２９０】
本発明において用いる無機粒子は、平均粒子直径が３０ｎｍ以下の無機粒子であるが、１ｎｍ以上であることが好ましい。１ｎｍ未満だと粒子の分散が困難である為、所望の性能が得られない恐れがあり、また平均粒子直径が３０ｎｍを超えると、得られる熱可塑性材料組成物が濁るなどして透明性が低下し、光線透過率が７０％未満となる恐れがある。ここでいう平均粒子直径は粒子と同体積の球に換算したときの直径を言う。【０２９１】
本発明において用いる無機粒子の形状は、特に限定されるものではないが、球状の粒子が好ましく用いられる。また、粒子径の分布に関しても特に制限されるものではないが、本発明の効果をより効率よく発現させるためには、広範な分布を有するものよりも、比較的狭い分布を持つものが好適に用いられる。【０２９２】
本発明において用いる無機粒子としては、例えば、無機酸化物粒子が挙げられる。より具体的には、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化鉛、これら酸化物より構成される複酸化物であるニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム等、これらの酸化物との組合せで形成されるリン酸塩、硫酸塩等、が好ましく挙げられ、特に酸化ニオブ及びニオブ酸リチウムが好ましく用いられる。【０２９３】
また、本発明の無機粒子としては半導体結晶組成の微粒子も好ましく利用できる。該半導体結晶組成には特に制限はないが、光学素子として使用する波長領域において、吸収、発光、蛍光等が生じないものが望ましい。具体的な組成例としては、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫等の周期表第１４族元素の単体、リン（黒リン）等の周期表第１５族元素の単体、セレン、テルル等の周期表第１６族元素の単体、炭化珪素（ＳｉＣ）等の複数の周期表第１４族元素からなる化合物、酸化錫（ＩＶ）（ＳｉＯ２）、硫化錫（ＩＩ，ＩＶ）（Ｓｎ（ＩＩ）Ｓｎ（ＩＶ）Ｓ３）、硫化錫（ＩＶ）（ＳｎＳ２）、硫化錫（ＩＩ）（ＳｎＳ）、セレン化錫（ＩＩ）（ＳｎＳｅ）、テルル化錫（ＩＩ）（ＳｎＴｅ）、硫化鉛（ＩＩ）（ＰｂＳ）、セレン化鉛（ＩＩ）（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（ＩＩ）（ＰｂＴｅ）等の周期表第１４族元素と周期表第１６族元素との化合物、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、砒化ホウ素（ＢＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等の周期表第１３族元素と周期表第１５族元素との化合物（あるいはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体）、硫化アルミニウム（Ａｌ２Ｓ３）、セレン化アルミニウム（Ａｌ２Ｓｅ３）、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）、セレン化ガリウム（Ｇａ２Ｓｅ３）、テルル化ガリウム（Ｇａ２Ｔｅ３）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓ３）、セレン化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）、テルル化インジウム（Ｉｎ２Ｔｅ３）等の周期表第１３族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）等の周期表第１２族元素と周期表第１６族元素との化合物（あるいはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体）、硫化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ２Ｓ３）、セレン化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ２Ｓｅ３）、テルル化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ２Ｔｅ３）、硫化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ２Ｓ３）、セレン化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ２Ｓｅ３）、テルル化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ２Ｔｅ３）、硫化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ２Ｓ３）、セレン化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ２Ｓｅ３）、テルル化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ２Ｔｅ３）等の周期表第１５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化銅（Ｉ）（Ｃｕ２Ｏ）、セレン化銅（Ｉ）（Ｃｕ２Ｓｅ）、等の周期表第１１族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、臭化銅（Ｉ）（ＣｕＢｒ）、ヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）等の周期表第１１族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化ニッケル（ＩＩ）（ＮｉＯ）等の周期表第１０族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＯ）、硫化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＳ）等の周期表第９族元素と周期表第１６族元素との化合物、四塩化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、硫化鉄（ＩＩ）（ＦｅＳ）等の周期表第８族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＯ）等の周期表第７族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化モリブデン（ＩＶ）（ＭｏＳ２）、酸化タングステン（ＩＶ）（Ｗｏ２）等の周期表第６族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化バナジウム（ＩＩ）（ＶＯ）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯ２）、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ２Ｏ５）等の周期表第５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化チタン（Ｔｉｏ２、Ｔｉ２Ｏ５、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ５Ｏ９等）等の周期表第４族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレン化マグネシウム（ＭｇＳｅ）等の周期表第２族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化カドミウム（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｄＣｒ２Ｏ４）、セレン化カドミウム（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｄＣｒ２Ｓｅ４）、硫化銅（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｕＣｒ２Ｓ４）、セレン化水銀（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＨｇＣｒ２Ｓｅ４）等のカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート（ＢａＴｉＯ３）等が挙げられる。尚、Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄら；Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，４巻、４９４頁（１９９１）に報告されているＣｕ１４６Ｓｅ７３（トリエチルホスフィン）２２のように構造の確定されている半導体クラスターも同様に例示される。【０２９４】
これらの微粒子は、１種類の無機粒子を用いてもよく、また、複数種類の無機粒子を併用してもよい。【０２９５】
本発明において用いる無機粒子の製造方法は、特に限定されるものではなく、公知のいずれの方法も用いることができる。例えば、ハロゲン化金属やアルコキシ金属を原料に用い、水を含有する反応系において加水分解することにより、所望の酸化物粒子を得ることができる。この際、粒子の安定化のために有機酸や有機アミンなどを併用する方法も用いられる。より具体的には、例えば二酸化チタン粒子の場合、ジャーナル・オブ・ケミカルエンジニアリング・オブ・ジャパン第１巻１号２１−２８頁（１９９８年）に記載された公知の方法を用いることができ、硫化亜鉛の場合は、ジャーナル・オブ・フィジカルケミストリー第１００巻４６８−４７１頁（１９９６年）に記載された公知の方法を用いることができる。これらの方法に従えば、例えば、平均粒子直径５ｎｍの酸化チタンはチタニウムテトライソプロポキサイドや四塩化チタンを原料として、適当な溶媒中で加水分解させる際に適当な添加剤を共存させることにより容易に製造することができる。更に、本発明の無機粒子は、表面修飾を施されることが好ましい。表面修飾する方法は、特に限定されるものではなく、公知のいずれの方法も用いることができる。例えば、水が存在する条件下で、加水分解により、無機粒子の表面に修飾する方法が挙げられる。この方法では、酸またはアルカリなどの触媒が好適に用いられ、粒子表面の水酸基と、表面修飾剤が加水分解して生じる水酸基とが、脱水して結合を形成することが一般に考えられている。本発明において用いられる好ましい表面修飾剤としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラフェノキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、３−メチルフェニルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジフェノキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルフェノキシシランなどが挙げられる。これらの化合物は、反応速度などの特性が異なり、表面修飾の条件などに適した化合物を用いることができる。また、１種類のみを用いても、複数種類を併用してもよい。さらに、用いる化合物によって得られる無機粒子の性状は異なることがあり、材料組成物を得るにあたって用いる熱可塑性樹脂との親和性を、表面修飾する際に用いる化合物を選ぶことによって図ることも可能である。表面修飾の割合は特に限定されるものではないが、表面修飾後の微粒子に対して、表面修飾剤の割合が１０〜９９重量％であることが好ましく、３０〜９８重量％であることがより好ましい。【０２９６】
また、ガラスの表面に位相構造のような微細構造を形状誤差少なく形成する方法として、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して位相構造を形成する方法を用いても良いが、金型を用いた成形法によりガラスの表面に位相構造を形成する方法（所謂、ガラスモールド）が生産性に優れるので好ましい。項６記載の構成のように、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下のガラスがガラスモールドには適している。このような低融点のガラスを使用することで、成形の際の金型温度が低くてすみ、金型の寿命が延びるので生産コストを低減することが可能になる。また、一般的に低融点のガラスは溶融状態での粘性が小さいので位相構造を形状誤差少なく転写することが可できる。このような低融点のガラスとして、株式会社住田光学ガラス製の「Ｋ−ＰＧ３２５」や「Ｋ−ＰＧ３７５」がある。【０２９７】
尚、位相構造を形成した金型を作製する方法としては、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して回折構造を形成する方法でもよいし、精密旋盤により位相構造を機械加工する方法でもよい。【０２９８】
積層型位相構造において、第１材料と第２材料として、（５４）式及び（５５）式を満たすアッベ数（分散）を持つ材料を選択するのが好ましい。これにより、青紫色レーザ光束（第１光束）と赤外レーザ光束（第３光束）の球面収差補正効果と透過率確保を良好に両立させることが可能となる。【０２９９】
アッベ数（分散）が（５１）式、或いは（５４）式及び（５５）式の関係を満たす積層型位相構造は、項８にあるように、波長の比が整数倍に近い光束に対する位相制御を行うのに有効であり、特に、高密度光ディスクの記録／再生波長である青紫色波長（４０５ｎｍ近傍）とＣＤの記録／再生波長である赤外波長（７８５ｎｍ）近傍に対して有効な構造である。【０３００】
また、２つの材料の境界面に形成された位相構造の段差は、屈折率の差が小さいほど深くなり、温度変化に伴う位相構造の透過率変動が顕著となる。本発明による回折光学素子に使用する光学材料は樹脂が最も適しているが、樹脂はガラスに比べてその種類が少ないため、屈折率の差を十分に取れずに段差が深くなりがちである。このように位相構造の段差が深い積層型位相構造であっても、本発明による回折光学素子は、（５２）式を満たしているため、温度変化に伴う透過率変動が小さい。【０３０１】
また、本発明において、積層型位相構造は回折構造であってもよいし光路差付与構造であってもよいが、設計特性を最良とするためには、回折構造とするのが好ましい。積層型位相構造の具体的な形状は、その断面形状が図３３（ａ）に示す鋸歯型（回折構造ＤＯＥ）、或いは図３３（ｂ）に示す階段型（回折構造ＤＯＥ、或いは、光路差付与構造ＮＰＳ）、或いは図３３（ｃ）に示すマルチレベル型（回折構造ＤＯＥ）となる。【０３０２】
また、波長が異なる３種類の光束に対して性能の良好な回折光学素子を得る為には、項１２４にあるように、境界面以外の光学面上に第２位相構造を有することが好ましい。【０３０３】
本発明による第１光学素子は、項１２５にあるように、波長が異なる３種類の光源から射出される光束を、第１乃至第３光第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズとして使用することが出来る。【０３０４】
或いは、項１２６にあるように、本発明による第１光学素子と、この第１光学素子を通過した光束を光第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズとから対物光学系を構成することで、少なくとも３種類の光第１光情報記録媒体に対して互換性を有する対物光学系を提供できる。【０３０５】
ここで、３種類の光第１光情報記録媒体の保護層の厚さが互いに異なる場合には、ｔ１とｔ３の差に起因する球面収差と、ｔ１とｔ２の差に起因する球面収差を補正する機能を第１光学素子に持たせることにより、それぞれの光第１光情報記録媒体に対して互換性を有する対物光学系を提供できる。【０３０６】
また、第１光情報記録媒体と第２光情報記録媒体の保護層の厚さが同じ場合には、ｔ１とｔ３の差に起因する球面収差と、第１波長λ１と第２波長λ２の差に起因する球面収差を補正する機能を第１光学素子に持たせることにより、それぞれの光情報記録媒体に対して互換性を有する対物光学系を提供できる。【０３０７】
項１２６の構成において、対物レンズは、第１波長λ１と第１光情報記録媒体の保護層の厚さｔ１に対して球面収差補正が最小となるように、その非球面形状が決定されているのが好ましい。第１波長λ１と保護層の厚さｔ１に対して球面収差補正が最小となるように、対物レンズの非球面形状を決定しておくことで、最も厳しい波面精度が要求される第１光束の集光性能を出しやすくなる。ここで、「対物レンズは、第１波長λ１とｔ１に対して球面収差補正が最適化された」とは、対物レンズと厚さｔ１の保護層を介して第１光束を集光させた場合の波面収差が０．０５λ１ＲＭＳ以下であることをいうものとする。【０３０８】
また、項１２６の構成において、第１光学素子と対物レンズとの互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていることが好ましい。これにより、フォーカシングやトラッキングの際の収差の発生を抑制でき、良好なフォーカシング特性、或いはトラッキング特性を得ることができる。【０３０９】
第１光学素子と対物レンズとの互いの相対的な位置関係が不変となるように保持する方法として、具体的には、第１光学素子と対物レンズとを鏡枠を介して一体化する方法や、第１光学素子と対物レンズのそれぞれのフランジ部同士を嵌合固定する方法が好ましい。【０３１０】
項１３６記載の構成は、項１に記載の対物光学系であって、前記材料Ａのｄ線に対するアッベ数νｄＡが２０≦νｄＡ＜４０であり、前記材料Ｂのｄ線に対するアッベ数νｄＢが４０≦νｄＢ≦７０であり、前記第１部材と空気層との境界面に第２位相構造が形成されている。【０３１１】
対物光学系を項１３６のような構成とすることで、波長比がほぼ１：２となる関係にある波長λ１の光束（例えば波長λ１＝４０７ｎｍ程度の青紫色レーザ光束）と波長λ３の光束（例えば波長λ３＝７８５ｎｍ程度の赤外レーザ光束）を、両方の波長の光に対して高い回折効率を有しながら、位相構造を利用して互いに異なる角度で出射することができ、例えば球面収差の補正や透過率を確保できる。【０３１２】
位相構造の一例としての回折構造ＨＯＥ（図３５を参照）は、材料Ａと材料Ｂとの境界面において、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列して構成されており、各パターンは複数の段差（図３５では５つ）により構成されている。【０３１３】
このように対物レンズを構成した場合、入射光束の波長の比（４０７：７８５≒１：２）と比較して、材料Ａと材料Ｂとの屈折率の差の比（ｎＡ４０７−ｎＢ４０７）／（ｎＡ７８５−ｎＢ７８５）は、分散が異なることに起因して、１より十分に離れるなるため、式（３）の左辺と式（４）の左辺とは異なる値となる。従って、式（４）の右辺の７８５に乗する値Ｎ３は、自然数Ｎ２の１／２にはならず、結果として、分散の組み合わせを自由に選択することで、波長λ１の光と波長λ３の光に対して所望の回折角の差を与えることが可能となる。【０３１４】
なお、高分散材料の代わりに異常分散性を持つ材料を使用しても同様の効果を得られる。【０３１５】
また、例えば、対物光学系を高分散材料のみで構成した場合では、光源としてのレーザの個体差による発振波長変化に対して球面収差が生じてしまうが、本発明は、低分散材料と高分散材料とを組み合わせ、高分散材料の表面に位相構造を形成した単レンズであるので、レーザの個体差より発振波長が変化しても球面収差の発生量を抑えることができる。また、第１光情報記録媒体と第３光情報記録媒体のみならず、後述する第２光情報記録媒体としてのＤＶＤも互換可能なトリプル互換用の対物光学系としても用いることができる。【０３１６】
また、低分散材料として、ガラスを選択した場合は勿論樹脂を選択した場合であっても、本発明の対物光学系はアッベ数が異なる少なくとも２層を積層して構成されるので、１種類の光学材料のみからなる単レンズと比較して境界面（屈折面）の数が多くなる。従って、これら境界面に回折構造等を設けることによって、例えば、温度変化時の球面収差を補正することができる。【０３１７】
また、このような積層型のレンズの製造方法を考慮すると、高分散材料が紫外線硬化樹脂であれば、低分散材料の上に直接樹脂を流し込んだり、あるいは液状の樹脂の上に成形済みの低分散材料から成るレンズを押さえつけた状態で光を当てることにより、容易に製造することができる。また、低分散材料が樹脂であれば、低分散材料と高分散材料との境界面に回折構造を設けることも可能となる。【０３１８】
項１３７記載の構成は、項１３６に記載の対物光学系において、前記第１位相構造及び第２位相構造の少なくとも一方は回折構造である。【０３１９】
項１３７記載の構成によれば、回折構造を通過する光束に対して回折作用を与えることにより、光線の出射方向を変えることができる。【０３２０】
項１３８記載の構成は、項１３７に記載の対物光学系において、前記回折構造が、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列して構成されている。【０３２１】
項１３８記載の構成によれば、例えば、回折構造に入射した第１の光束は回折せず、第３の光束のみを回折させるいわゆる波長選択性を持たせることができる。【０３２２】
また、波長λ１の光は透過するため回折の影の効果による光量低下を小さくすることができ、また回折作用を波長λ３の光にのみ与えることで、波長λ１とλ３の光に対して全く個別に光の回折方向を設定することができる。【０３２３】
項１３９記載の構成は、項１３７に記載の対物光学系において、前記回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯で構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状である。【０３２４】
項１４０記載の構成は、項１３７に記載の対物光学系において、前記回折構造は前記第１の光束に対する色収差の補正機能を有する。【０３２５】
項１４０記載の構成によれば、波長λ１、λ３の両方の光が回折するため、両方の光に対して回折効果を与え、例えば上記波長選択型回折構造では不可能であった、波長λ１の光に対しては色収差補正作用を与えながら波長λ３の光に対しては互換のための球面収差を補正することができる。また、回折構造のステップを光軸に対して常に同じ方向に設計することで回折構造の加工性を向上できる。【０３２６】
項１４１記載の構成は、項１３６乃至１４０のいずれか一項に記載の対物光学系において、前記対物光学系は、前記第１光学素子のみから構成され、前記第１部材の前記第１光学素子全体に対する体積比が２０％以下である。【０３２７】
高い分散材料は複屈折を有するものが多く、そのような材料を用いても項１３９記載の構成によれば全体に対する体積比を抑えることで複屈折の影響も低減できる。【０３２８】
項１４２記載の構成は、項１３６乃至１４１のいずれか一項に記載の対物光学系において、前記対物光学系は、前記第１光学素子のみから構成され、前記第１部材が、前記対物光学系において最も前記光源側に位置する。【０３２９】
項１４２記載の構成によれば、位相構造を備えるアッベ数νｄが２０≦νｄ＜４０の材料からなるレンズ部を最も前記光源側に配置することで、光源側の光学面の曲率を小さくした対物光学系の設計が可能となる。また、光情報記録媒体側よりも光源側の光学面において光束の入出射方向の光軸に対する角度が小さいため、波長λ１の光に対する影の効果による光量低下を小さくすることができる。【０３３０】
項１４３記載の構成は、項１３６乃至１４２のいずれか一項に記載の対物光学系において、前記第１位相構造が形成されている前記境界面と、前記第２位相構造が形成されている前記境界面の少なくとも一方は、通過光束に対する屈折パワーを持たない平面である。【０３３１】
項１４２に記載の構成によれば、波長λ１の光に対する効率が高い位相構造は各輪帯の光学面が全て光軸に対して垂直（光軸に対して同じ角度）となり、加工性が向上する。【０３３２】
項１４４記載の構成は、項１３６乃至１４３のいずれか一項に記載の対物光学系において、１．８×ｔ１≦ｔ３≦２．２×ｔ１を満たす。【０３３３】
項１４５記載の構成は、項１３６乃至１３９のいずれか一項に記載の対物光学系において、前記第１位相構造は、前記第３の光束のうち、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に利用される光束が通過する領域にのみ形成されている。【０３３４】
項１４５に記載の構成によれば、不要な領域に位相構造を設けて不必要に光量を低下させることがなく、また波長λ３の光に対しては、記録・再生に必要な領域と不要な領域とで位相構造の形状を異ならせることで開口制限機能を持たせることが可能となる。【０３３５】
項１４６記載の構成は、項１３６乃至１４５のいずれか一項に記載の対物光学系において、前記光ピックアップ装置は、更に、保護基板厚ｔ２（０．９ｔ１≦ｔ２≦ｔ３）の第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２＜λ３）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行なう。【０３３６】
項１４７記載の構成は、項１４６に記載の対物光学系において、前記第１位相構造と前記第２位相構造の少なくとも一方は前記第１の光束と前記第２の光束との波長差に起因した色の球面収差を補正する機能を有する。【０３３７】
項１４７に記載の構成によれば、波長差により生じる球面収差のみを補正するため、ＨＤ  ＤＶＤとＤＶＤのように波長のみが異なる光情報記録媒体間での互換を達成できる。【０３３８】
項１４８記載の構成は、項１４６に記載の対物光学系において、前記第２及び第３の光束に対する前記対物光学系の光学系倍率ｍ２及びｍ３はそれぞれ、−１／１０≦ｍ３≦１／１０、−１／１２≦ｍ２≦１／１２を満たす。【０３３９】
項１４９記載の構成は、項１３６に記載の対物光学系において、前記第２部材と空気層との境界面に、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯で構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状である回折構造が形成されている。【０３４０】
項１４９に記載の構成によれば、位相構造を透過した波長λ１の光にもこの回折構造により回折作用を与えることが可能となる。さらに、この回折構造には波長λ１、λ２及びλ３の３つの波長の光が入射するが、λ１とλ２の光の回折効率が高い構造であればλ３の光に対しても回折効率が高くなる。従って、λ１とλ２の光の回折効率のみを考慮してレンズ設計を行なえばよいことになる。【０３４１】
項１５０記載の構成は、項１３６乃至１４９のいずれか一項に記載の対物光学系において、前記第１位相構造は、前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正する。【０３４２】
項１５１記載の構成は、項１３６乃至１５０のいずれか一項に記載の対物光学系において、
α×λ１＝λ３
Ｋ１−０．１≦α≦Ｋ１＋０．１
を満たす。
但し、Ｋ１：自然数
項１５２記載の構成は、第１波長λ１の第１光束を出射する第１光源、第３波長λ３（λ１＜λ３）の第３光束を出射する第３光源、及び項１３６乃至１５１のいずれか一項に記載の対物光学系を搭載し、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、前記第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３（ｔ１＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、前記第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置である。【０３４３】
項１５３記載の構成は、項１５２に記載の光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を前記光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置を搭載した光ディスクドライブ装置である。【０３４４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を用いて説明する。まず、図１を用いて本発明の実施形態に係る対物レンズユニット（対物光学系）ＯＵを用いた光ピックアップ装置ＰＵについて説明する。【０３４５】
図１は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置ＰＵの構成を概略的に示す図である。ＨＤの光学的仕様は、第１波長λ１＝４０５ｎｍ、保護層（保護基板）ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２波長λ２＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、第３波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．５０である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。【０３４６】
光ピックアップ装置ＰＵは、ＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍの青紫色レーザ光束（第１光束）を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍの赤色レーザ光束（第２光束）を射出する第１の発光点ＥＰ１と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍの赤外レーザ光束（第３光束）を射出する第２の発光点ＥＰ２とを一つのチップ上に形成したＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットＬＵ、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ共用の光検出器ＰＤ、収差補正素子ＳＡＣと、この収差補正素子ＳＡＣを透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた対物レンズＯＬとから構成された対物レンズユニットＯＵ（対物光学系）、２軸アクチュエータＡＣ１、１軸アクチュエータＡＣ２、近軸における屈折力が負である第１レンズＥＸＰ１と近軸における屈折力が正である第２レンズＥＸＰ２とから構成されたエキスパンダーレンズＥＸＰ、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１コリメートレンズＣＯＬ１、第２コリメートレンズＣＯＬ２、第３コリメートレンズＣＯＬ３、情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２及びＲＬ３からの反射光束に対して非点収差を付加するためのセンサーレンズＳＥＮとから構成されている。尚、ＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。【０３４７】
なお、光ピックアップ装置ＰＵは、エキスパンダーレンズＥＸＰと対物レンズユニットＯＵの間の光路中に１／４波長板ＲＥを有するが、図１では図示を省略している。【０３４８】
光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において実線でその光線経路を描いたように、まず青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、第１コリメートレンズＣＯＬ１により平行光束に変換された後、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射され、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２を通過し、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径された後、図示しない絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物レンズユニットＯＵによってＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズユニットＯＵは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。【０３４９】
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズユニットＯＵ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＨＤに記録された情報を読み取ることができる。【０３５０】
また、光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ１を発光させる。発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図１において破線でその光線経路を描いたように、第２コリメートレンズＣＯＬ２により平行光束に変換された後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径され、対物レンズユニットＯＵによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物レンズユニットＯＵは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。【０３５１】
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズユニットＯＵ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。【０３５２】
また、光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第１レンズＥＸＰ１と第２レンズＥＸＰ２の間隔がＨＤに対する情報の記録／再生時によりも狭くなるように、１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に第１レンズＥＸＰ１を駆動させた後、発光点ＥＰ２を発光させる。発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図１において一点鎖線でその光線経路を描いたように、第２コリメートレンズＣＯＬ２により緩い発散光束に変換された後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径されるとともに発散光束に変換され、対物レンズユニットＯＵによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物レンズユニットＯＵは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。【０３５３】
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズユニットＯＵ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。【０３５４】
本実施形態における対物レンズユニット（対物光学系）ＯＵは、図２に概略的に示すように、収差補正素子（第１光学素子）ＳＡＣと、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計された対物レンズＯＬが、鏡枠Ｂを介して同軸で一体化された構成を有する。具体的には、円筒状の鏡枠Ｂの一端に収差補正素子ＳＡＣを嵌合固定し、他端に対物レンズＯＬを嵌合固定して、これらを光軸Ｘに沿って同軸に一体化した構成となっている。【０３５５】
次に、収差補正素子ＳＡＣの構成とその収差補正の原理について説明する。図２に示すように、収差補正素子ＳＡＣは、ガラスレンズであるベースレンズ（第１部材）ＢＬとこのベースレンズＢＬの表面に紫外線硬化樹脂である樹脂層（第２部材）ＵＶを積層した構成を有しており、ベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶの境界面には輪帯状の段差を有する回折構造（第１位相構造）ＤＯＥ１が形成されている。【０３５６】
アッベ数（分散）が互いに異なるベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶの境界に形成された回折構造ＤＯＥ１の回折効率η（λ）は、一般的に、波長λと、この波長λにおけるベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶとの屈折率の差Δｎ（λ）と、回折構造ＤＯＥ１の段差ｄと、回折次数Ｍ（λ）の関数として、以下の（６１）式で表される。【０３５７】
η（λ）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ（λ）／λ］−Ｍ（λ）］  （６１）
但し、ｓｉｎｃ（Ｘ）＝ｓｉｎ（πＸ）／（πＸ）であり、η（λ）の値は、［  ］内が整数に近いほど１に近い値をとる。【０３５８】
ＨＤに使用する第１波長λ１における屈折率の差をΔｎ１、第１光束の回折光の回折次数をＭ１、ＤＶＤに使用する第２波長λ２における屈折率の差をΔｎ２、第２光束の回折光の回折次数をＭ２、ＣＤに使用する第３波長λ３における屈折率の差をΔｎ３、第３光束の回折光の回折次数をＭ３とすると、それぞれの波長における回折効率η（λ１）、η（λ２）、η（λ３）は、以下の（６２）乃至（６４）式で表される。【０３５９】
η（λ１）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ１／λ１］−Ｍ１］  （６２）
η（λ２）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ２／λ２］−Ｍ２］  （６３）
η（λ３）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ３／λ３］−Ｍ３］  （６４）
各々の波長において回折効率を高く確保するためには、（６２）式乃至（６４）式の、それぞれの［  ］内が整数に近い値となるように、屈折率の差Δｎｉ（ｉは１、２、３の何れか）を有する（つまりアッベ数の差Δνｄを有する）ベースレンズＢＬ及び樹脂層ＵＶと、段差ｄと、回折次数Ｍｉ（ｉは１、２、３の何れか）を選べばよいことになる。【０３６０】
また、回折構造ＤＯＥ１の巨視的な湾曲であるベースカーブＢＣは非球面に構成され、上述したようにベースレンズＢＬのｄ線におけるアッベ数と樹脂層ＵＶのｄ線におけるアッベ数の差Δνｄが上記（１１）式を満たすとともに、ベースレンズＢＬの第１波長λ１における屈折率と樹脂層ＵＶの第１波長λ１における屈折率の差Δｎ１が上記（１２）式を満たすようになっている。【０３６１】
そして、ベースレンズＢＬの回折構造ＤＯＥ１が形成された面（以下、「第１回折面」という。）でＨＤとＤＶＤの保護層厚さの違いによる球面収差と、ＨＤとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差の両方を補正するようになっている。【０３６２】
具体的には、第１回折面は負の近軸回折パワー（光束を発散させる作用）を有しており、この第１回折面を通過する第１、第２及び第３光束は全て回折作用（発散作用）を受けるようになっている。【０３６３】
また、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層ＵＶの光学面は正の近軸屈折パワー（光束を収束させる作用）を有している。【０３６４】
平行光束で収差補正素子ＳＡＣに入射する第１光束は、第１回折面で発散作用を受けるが、同時に境界面と、境界面とは反対側の樹脂層ＵＶの光学面の屈折作用により収束作用を受けることで、そのまま光線は曲がらずに直進する。即ち上記（１３）、（１４）式を満たすようになっている。【０３６５】
また、平行光束で収差補正素子ＳＡＣに入射する第２光束は、第１回折面で発散作用を受けると同時に屈折作用により収束作用を受ける。ここで、回折パワーは波長に比例して大きくなることから、上述したように、第１光束は近軸回折パワーと近軸屈折パワーとがキャンセルしてそのまま直進するが、より長波長の第２光束では近軸回折パワーの方が近軸屈折パワーより大きいため、第２光束は発散光束となって収差補正素子ＳＡＣから射出される。これによりＨＤとＤＶＤの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されることになる。【０３６６】
また、緩い発散光束で収差補正素子ＳＡＣに入射する第３光束も第１回折面で発散作用を受けるが、第２光束と同様の理由により、第３光束は発散光束となって収差補正素子ＳＡＣから射出される。この際の第３光束の発散度合いは第２光束よりも大きくなる。これは、λ３＞λ２の関係により、第２光束に対する近軸回折パワーよりも第３光束に対する回折パワーの方が大きくなることと、収差補正素子ＳＡＣに対して第３光束が緩い発散光束で入射することに起因するものである。これによりＨＤとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されることになる。【０３６７】
このように、（１１）式を満たすようなアッベ数の差を有するベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶを積層し、その境界面に回折構造ＤＯＥ１を形成することで、従来技術では困難であった青紫色レーザ光束（第１光束）と赤外レーザ光束（第３光束）の球面収差補正効果と透過率確保の両立が出来る。また、ベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶが第１波長λ１において、（１２）式を満たすような屈折率の差を持たせることで各輪帯の光軸に沿った段差を小さくすることができ、回折構造ＤＯＥ１の製造が容易となる。また、ベースカーブＢＣが平面とされた回折構造では球面収差の補正と正弦条件の補正との両立が困難であるが、ベースカーブＢＣを非球面、又は球面に構成することで、収差補正素子ＳＡＣの第１光束に対する球面収差の補正と正弦条件の補正との両立が可能となり、第１光束に対する設計性能を向上できる。【０３６８】
尚、本実施の形態の収差補正素子ＳＡＣでは、
｜Δνｄ｜＝３４．３、
｜Δｎ１｜＝０．０４９６、
｜Δｎ２｜／｜Δｎ１｜＝１．４４、
｜Δｎ３｜／｜Δｎ１｜＝１．５０、
｜Δｎ３｜／｜Δｎ２｜＝１．０５
となるような材料をベースレンズＢＬ及び樹脂層ＵＶの材料として選択し、回折構造ＤＯＥ１の段差をｄ＝９．１４μｍに設定しているので、何れの波長の光束に対しても１次回折光が発生する（Ｍ１＝Ｍ２＝Ｍ３＝１）。それぞれの１次回折光の回折効率は、第１光束が９５．３％、第２光束が１００％、第３光束が９４．４％であり、何れの波長の光束に対しても高い回折効率が確保出来ている。【０３６９】
また、本実施形態においては、収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとを鏡枠Ｂを介して一体化したが、収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬを一体化する場合には、収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとの、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていればよく、上述のように鏡枠Ｂを介する方法以外に、収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬのそれぞれのフランジ部同士を嵌合固定する方法であってもよい。【０３７０】
このように収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとの、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていることで、フォーカシングやトラッキングの際の収差の発生を抑制でき、良好なフォーカシング特性、或いはトラッキング特性を得ることができる。【０３７１】
また、エキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズＥＸＰ１を１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動させることで、ＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。第１レンズＥＸＰ１の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系の屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、ＨＤの保護層の製造誤差による厚みバラツキや厚み分布、等である。尚、第１レンズＥＸＰ１の代わりに、第２レンズＥＸＰ２或いは第１コリメートレンズＣＯＬ１を光軸方向に駆動させる構成としても、ＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。【０３７２】
また、以上の説明では、第１レンズＥＸＰ１を光軸方向に駆動させることでＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する構成としたが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差、更には、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に形成されたスポットの球面収差を補正する構成としても良い。【０３７３】
また、本実施形態においては、第１の発光点ＥＰ１と第２の発光点ＥＰ２とを一つのチップ上に形成したＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットＬＵを用いることとしたが、これに限らず、更にＨＤ用の波長４０５ｎｍのレーザ光束を射出する発光点も同一のチップ上に形成したＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用の１チップレーザ光源ユニットを用いても良い。或いは、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザと赤外半導体レーザの３つのレーザ光源を１つの筐体内に納めたＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用の１キャンレーザ光源ユニットを用いても良い。【０３７４】
また、本実施形態においては、光源と光検出器ＰＤとを別体に配置する構成としたが、これに限らず、光源と光検出器とを集積化したレーザ光源モジュールを用いても良い。【０３７５】
また、図示は省略するが、上記実施の形態に示した光ピックアップ装置ＰＵ、光ディスクを回転自在に保持する回転駆動装置、これら各種装置の駆動を制御する制御装置を搭載することで、光ディスクに対する光情報の記録及び光ディスクに記録された情報の再生のうち少なくとも一方の実行が可能な光ディスクドライブ装置を得ることが出来る。【０３７６】
また、本実施形態においては、図示は省略したが、開口数ＮＡ２と開口数ＮＡ３に対応した開口制限を行うための開口制限フィルタを有する。
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態について図面を用いて説明するが、上記第１の実施の形態と同一の構成となる箇所については説明を省略する。【０３７７】
本実施の形態においては、ベースレンズＢＬは樹脂製であって、このベースレンズＢＬの表面に紫外線硬化樹脂である樹脂層ＵＶが積層されている。【０３７８】
本実施の形態は、対物レンズユニットＯＵにおいて、回折構造ＤＯＥ１とは別の位相構造を更に付加する点に特徴を有する。【０３７９】
具体的には、本実施形態における対物レンズユニットＯＵは、図３に概略的に示すように、収差補正素子ＳＡＣと、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計された対物レンズＯＬが、鏡枠Ｂを介して同軸で一体化されて構成されている。【０３８０】
そして、収差補正素子（第１光学素子）ＳＡＣは、ベースレンズ（第１部材）ＢＬとこのベースレンズＢＬの表面に樹脂層（第２部材）ＵＶを積層した構成を有しており、ベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶの境界面には輪帯状の段差を有する回折構造（第１位相構造）ＤＯＥ１が形成されると共に、ベースレンズＢＬの光学面のうち、境界面とは反対側の光学面に位相構造としての回折構造（第２位相構造）ＤＯＥ２が形成されている。【０３８１】
そして、第１回折面でＨＤとＣＤの保護層厚差による球面収差を補正し、ベースレンズＢＬの回折構造ＤＯＥ２が形成された面（以下、「第２回折面」という。）でＨＤとＤＶＤの保護層厚差による球面収差を補正するようになっている。【０３８２】
具体的には、第１回折面は負の近軸回折パワー（光束を発散させる作用）を有しており、この第１回折面を通過する第１、第２及び第３光束は全て回折作用（発散作用）を受けるようになっている（１次回折）。【０３８３】
また、第２回折面は正の近軸回折パワー（光束を収束させる作用）を有しており、この第２回折面を通過する第２光束のみが回折作用を受けるようになっている（１次回折）。【０３８４】
ここで、回折構造ＤＯＥ２における回折光発生の原理について説明する。回折構造ＤＯＥ２は、第１光束と第３光束を回折せず、第２光束を回折させる特性を有する。回折構ＤＯＥ２は、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を含む階段状のパターンが同心円上に配列された構造であって、所定のレベル面の個数毎（図３では５レベル毎）に、そのレベル面数に対応した段数分（図３では４段）の高さだけ段をシフトさせたものである。ここで、階段構造の１つの段差Δは、Δ＝２・λ１／（ｎ１ＢＬ−１）≒１．２・λ２／（ｎ２ＢＬ−１）≒１・λ３／（ｎ３ＢＬ−１）を満たす高さに設定されている。ここで、ｎ１ＢＬは第１波長λ１におけるベースレンズＢＬの屈折率であり、ｎ２ＢＬは第２波長λ２におけるベースレンズＢＬの屈折率であり、ｎ３ＢＬは第３波長λ３におけるベースレンズＢＬの屈折率である。【０３８５】
この段差Δにより生じる光路差は第１波長λ１の２倍であり、かつ第３波長λ３の１倍であるので、第１光束と第３光束は回折構造ＤＯＥ２により何ら作用を受けずにそのまま透過する。【０３８６】
一方、この段差Δにより生じる光路差は第２波長λ２の１．２倍であるので、段差の前後のレベル面を通過する第２光束の位相は２π／５だけずれることになる。１つの鋸歯は５分割されているため、鋸歯１つ分ではちょうど第２光束の位相のずれは５×２π／５＝２πとなり、１次回折光が発生する。【０３８７】
また、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層ＵＶの光学面は正の近軸屈折パワー（光束を収束させる作用）を有している。【０３８８】
平行光束で収差補正素子ＳＡＣに入射する第１光束は、第２回折面をそのまま透過し、第１回折面で発散作用を受けるが、同時に、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層ＵＶの光学面の屈折作用により収束作用を受けることで、そのまま光線は曲がらずに直進する。即ち上記（１３）、（１４）式を満たすようになっている。【０３８９】
また、平行光束で収差補正素子ＳＡＣに入射する第３光束も第２回折面をそのまま透過し、第１回折面で発散作用を受けることで発散光束となって収差補正素子ＳＡＣから射出される。これによりＨＤとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されるようになっている。【０３９０】
また、平行光束で収差補正素子ＳＡＣに入射する第２光束は、第２回折面で回折作用を受けることで収束作用を受けるが、第１回折面で発散作用を受けることで発散光束として収差補正素子ＳＡＣから射出される。【０３９１】
この際の第２光束の発散度合いは、第３光束の発散度合いよりも小さくなる。これは、第２光束が第２回折面により一旦収束作用を受けることによるものである。これによりＨＤとＤＶＤの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されるようになっている。【０３９２】
以上のように、ベースレンズＢＬの光学面のうち、境界面とは反対側の光学面に位相構造としての回折構造ＤＯＥ２を形成することで、対物レンズユニットＯＵのそれぞれの光束に対する集光特性をより良好なものにすることができる。この位相構造は回折構造であっても良いし、光路差付与構造であっても良い。また、位相構造により補正する収差は、例えば、第１波長λ１の微小変化に伴う色収差であっても良いし、温度変化に伴う対物レンズＯＬの屈折率変化により発生する球面収差であっても良い。【０３９３】
また、回折構造ＤＯＥ２に前記第１光束及び前記第３光束を回折せず、前記第２光束を選択的に回折させる特性を持たせることで、ｔ１とｔ２の差に起因する球面収差、又は第１波長λ１と第２波長λ２の差に起因する球面収差の補正を行い、かつ、境界面に形成した回折構造ＤＯＥ１によりｔ１とｔ３の差に起因する球面収差の補正を行うことで、各波長の光束に対して高い回折効率を確保しつつ、各波長の光束の球面収差を同一の倍率で補正することが可能となる。【０３９４】
尚、本実施の形態の収差補正素子ＳＡＣでは、｜Δνｄ｜＝２６．７、｜Δｎ１｜＝０．０２９７、｜Δｎ２｜／｜Δｎ１｜＝１．５３、｜Δｎ３｜／｜Δｎ１｜＝１．６１、｜Δｎ３｜／｜Δｎ２｜＝１．０５となるような材料をベースレンズＢＬ及び樹脂層ＵＶの材料として選択し、回折構造ＤＯＥ１の段差をｄ＝１５．０６μｍに設定しているので、何れの波長の光束に対しても１次回折光が発生する（Ｍ１＝Ｍ２＝Ｍ３＝１）。それぞれの１次回折光の回折効率は、第１光束が９６．５％、第２光束が９９．３％、第３光束が９７．８％であり、何れの波長の光束に対しても高い回折効率が確保出来ている。【０３９５】
また、回折構造ＤＯＥ２では、上述したように第２光束のみが選択的に回折されるが、各波長の光束の回折効率は、第１光束（非回折光）が１００．０％、第２光束（１次回折光）が８７．５％、第３光束（非回折光）が１００％であり、何れの波長の光束に対しても高い回折効率が確保出来ている。
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態について図面を用いて説明するが、上記第２の実施の形態と同一の構成となる箇所については説明を省略する。【０３９６】
本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、ベースレンズＢＬは樹脂製であって、このベースレンズＢＬの表面に紫外線硬化樹脂である樹脂層ＵＶが積層されている。【０３９７】
本実施の形態は、上記第２の実施の形態と同様に、対物レンズユニットＯＵにおいて、回折構造ＤＯＥ１とは別の位相構造を更に付加する点に特徴を有する。【０３９８】
具体的には、本実施形態における対物レンズユニット（対物光学素子）ＯＵは、図４に概略的に示すように、収差補正素子ＳＡＣと、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計された対物レンズＯＬが、鏡枠Ｂを介して同軸で一体化されて構成されている。【０３９９】
そして、収差補正素子（第１光学素子）ＳＡＣは、ベースレンズ（第１部材）ＢＬとこのベースレンズＢＬの表面に樹脂層（第２部材）ＵＶを積層した構成を有しており、ベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶの境界面には輪帯状の段差を有する回折構造（第１位相構造）ＤＯＥ１が形成されると共に、ベースレンズＢＬの光学面のうち、境界面とは反対側の光学面に位相構造としての回折構造（第２位相構造）ＤＯＥ２が形成されている。【０４００】
そして、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層ＵＶの光学面の屈折発散作用でＨＤとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正し、第２回折面でＢＤとＤＶＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正するようになっている。【０４０１】
具体的には、第１回折面は正の回折パワー（光束を収束させる作用）を有しており、この第１回折面を通過する第１光束のみが回折作用（収束作用）を受けるようになっている（１次回折）。【０４０２】
また、第２回折面は正の回折パワー（光束を収束させる作用）を有しており、この第２回折面を通過する第２光束のみが回折作用を受けるようになっている（１次回折）。【０４０３】
また、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層ＵＶの光学面は負の屈折パワー（光束を発散させる作用）を有している。【０４０４】
平行光束で収差補正素子ＳＡＣに入射する第１光束は、第２回折面をそのまま透過し、第１回折面で収束作用を受けるが、同時に屈折作用により発散作用を受けることで、そのまま光線は曲がらずに直進する。即ち上記（１３）、（１４）式を満たすようになっている。そして、第１回折面の作用により第１光束の色収差を補正するようになっている。【０４０５】
また、平行光束で収差補正素子ＳＡＣに入射する第３光束は、第２回折面と第１回折面をそのまま透過し、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層ＵＶの光学面の屈折作用で発散作用を受け、第３光束は発散光束となって収差補正素子ＳＡＣから射出される。これによりＨＤとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されることになる。【０４０６】
また、平行光束で収差補正素子ＳＡＣに入射する第２光束は、第２回折面で回折作用を受けることで収束作用を受けるが、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層ＵＶの光学面の屈折作用で発散作用を受けることで発散光束となって収差補正素子ＳＡＣから射出される。【０４０７】
この際の第２光束の発散度合いは、第３光束の発散度合いよりも小さくなる。これは、第２光束が第２回折面により一旦収束作用を受けることによるものである。これによりＨＤとＤＶＤの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されるようになっている。【０４０８】
本実施形態における回折構造ＤＯＥ２の回折光発生の原理については、第２の実施の形態における回折構造ＤＯＥ２の原理と同じであるのでここでは詳細な説明は割愛する。【０４０９】
尚、本実施の形態の収差補正素子ＳＡＣでは、｜Δνｄ｜＝３３．７、｜Δｎ１｜＝０．０４５８、｜Δｎ２｜／｜Δｎ１｜＝０．２７１、｜Δｎ３｜／｜Δｎ１｜＝０．１６７、｜Δｎ３｜／｜Δｎ２｜＝０．６１７となるような材料をベースレンズＢＬ及び樹脂層ＵＶの材料として選択し、回折構造ＤＯＥ１の段差をｄ＝８．８４μｍに設定しているので、第１光束では１次回折光が発生し、第２光束と第３光束は回折作用を受けずにそのまま透過する。（Ｍ１＝１、Ｍ２＝Ｍ３＝０）。各波長の光束の回折効率は、第１光束（１次回折）が１００％、第２光束（非回折光）が９１．２％、第３光束（非回折光）が９７．６％であり、何れの波長の光束に対しても高い回折効率が確保出来ている。【０４１０】
また、回折構造ＤＯＥ２では、上述したように第２光束のみが選択的に回折されるが、各波長の光束の回折効率は、第１光束（非回折光）が１００．０％、第２光束（１次回折光）が８７．５％、第３光束（非回折光）が１００％であり、何れの波長の光束に対しても高い回折効率が確保出来ている。【０４１１】
また、本実施形態においては、ベースレンズＢＬの光学面のうち、境界面とは反対側の光学面、つまりｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面に位相構造としての回折構造ＤＯＥ２が形成されているので、第１光束、第２光束、第３光束のぞれぞれの波長λ１，λ２，λ３，に対する回折効率を高めることができる。ここで、本実施形態では回折構造ＤＯＥ２が波長選択型回折構造である場合を例示して説明したが、図５に示すようにブレーズ型回折構造であっても構わない。【０４１２】
例えば、回折構造ＤＯＥ２が波長選択型回折構造であると、所定の波長の光束のみに位相差を与えることができ、ＤＶＤの光にのみ回折作用を付与することができ、残留してしまうＤＶＤの球面収差が補正できる。【０４１３】
一方、回折構造ＤＯＥ２がブレーズ型回折構造であると色収差補正が効果的である。【０４１４】
また、本実施形態においては、回折構造ＤＯＥ１がベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶの境界面に形成されるとともに、回折構造ＤＯＥ２がｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面に形成される場合を例示して説明したが、図８に示すように、ディスク側に配置された対物レンズＯＬが、ｄ線のアッベ数νｄが４０≦νｄ≦７０を満たしていて、前記対物レンズＯＬの表面に回折構造ＤＯＥ３が形成されていてもよい。【０４１５】
このように、ディスク側に配置された対物レンズＯＬにおけるｄ線のアッベ数νｄが上記の式を満たし、前記対物レンズＯＬの表面には回折構造が形成されているので、第１光束、第２光束、第３光束のぞれぞれの波長λ１，λ２，λ３，に対する回折効率を高めることができる。【０４１６】
また、このように回折構造ＤＯＥ１，ＤＯＥ２，ＤＯＥ３を設けた場合、ＤＶＤの保護層ＰＬ２の厚さｔ２を、０．９×ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１を満たすように設定してれば、ＨＤ  ＤＶＤとＤＶＤとの組み合わせのように波長のみが異なることで生じる球面収差を補正するだけなので、回折ピッチを大きくすることができ、加工性を高めることができる。
〔実施例１〕
次に、図２に示した収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとから構成される対物レンズユニットＯＵの具体的な数値実施例を例示する。収差補正素子ＳＡＣは、紫外線硬化樹脂からなる樹脂層とガラスレンズ（ＨＯＹＡ社製ＢＡＣＤ５）からなるベースレンズとを積層した構成を有し、ベースレンズと樹脂層の境界面には回折構造ＤＯＥ１が形成されている。また、対物レンズＯＬは、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計されたガラスレンズ（ＨＯＹＡ社製ＢＡＣＤ５）であるが、プラスチックレンズとしても良い。【０４１７】
本実施例のレンズデータを表１−１、１−２に示す。本数値実施例では、回折構造ＤＯＥ１により入射光束に付加される光路差を光路差関数で表している。【０４１８】
【表１−１】
2005117001.tif 000003
【０４１９】
【表１−２】
2005117001.tif 000004
【０４２０】
本実施例を含め、以降の実施例２及び３において、光密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１は０．８５、ＤＶＤの開口数ＮＡ２は０．６５、ＣＤの開口数ＮＡ３は０．５０である。また、表１−１、１−２、後述する表２−１、２−２及び表３−１、３−２において、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）はレンズ間隔、ｎ４０５、ｎ６５５、ｎ７８５は、それぞれ、第１波長λ１（＝４０５ｎｍ）、第２波長λ２（＝６５５ｎｍ）、第３波長λ３（＝７８５ｎｍ）に対するレンズの屈折率、νｄはｄ線のレンズのアッベ数、ＭＨＤ、ＭＤＶＤ、ＭＣＤは、それぞれ、ＨＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＤＶＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＣＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数である。また、１０のべき乗数（例えば  ２．５×１０−３）を、Ｅ（例えば  ２．５Ｅ―３）を用いて表すものとする。【０４２１】
ベースレンズと樹脂層の境界面（第２面）、樹脂層の光ディスク側の光学面（第３面）、対物レンズＯＬの光源側の光学面（第４面）、光ディスク側の光学面（第５面）はそれぞれ非球面形状であり、この非球面は、次の非球面形状式に表中の係数を代入した数式で表される。
［非球面表現式］
ｚ＝（ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（Κ＋１）（ｙ／Ｒ）２｝］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０＋Ａ１２ｙ１２＋Ａ１４ｙ１４＋Ａ１６ｙ１６＋Ａ１８ｙ１８＋Ａ２０ｙ２０
但し、
ｚ：非球面形状（非球面の面頂点に接する平面から光軸に沿った方向の距離）
ｙ：光軸からの距離
Ｒ：曲率半径
Κ：コーニック係数
Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０，Ａ１２，Ａ１４，Ａ１６，Ａ１８，Ａ２０：非球面係数
また、回折構造ＤＯＥ１は、回折構造ＤＯＥ１により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、次の光路差関数を表す式に表中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
［光路差関数］
φ＝Ｍ×λ／λＢ×（Ｂ２ｙ２＋Ｂ４ｙ４＋Ｂ６ｙ６＋Ｂ８ｙ８＋Ｂ１０ｙ１０）
但し、
φ：光路差関数
λ：回折構造に入射する光束の波長
λＢ：製造波長Ｍ：光ディスクに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数
ｙ：光軸からの距離
Ｂ２，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ８，Ｂ１０：回折面係数
〔実施例２〕
次に、図３に示した収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとから構成される対物レンズユニットＯＵの具体的な数値実施例を例示する。収差補正素子ＳＡＣは、紫外線硬化樹脂からなる樹脂層と樹脂製のベースレンズとを積層した構成を有し、ベースレンズと樹脂層の境界面には回折構造ＤＯＥ１が形成され、ベースレンズの光源側の光学面には位相構造としての回折構造ＤＯＥ２が形成されている。また、対物レンズＯＬは、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計されたガラスレンズ（ＨＯＹＡ社製ＢＡＣＤ５（製品名））であるが、プラスチックレンズとしても良い。【０４２２】
本実施例のレンズデータを表２−１、２−２に示す。本数値実施例では、回折構造ＤＯＥ１及びＤＯＥ２により入射光束に付加される光路差を光路差関数で表している。【０４２３】
【表２−１】
2005117001.tif 000005
【０４２４】
【表２−２】
2005117001.tif 000006
【０４２５】
ベースレンズと樹脂層の境界面（第２面）、樹脂層の光ディスク側の光学面（第３面）、対物レンズＯＬの光源側の光学面（第４面）、光ディスク側の光学面（第５面）はそれぞれ非球面形状であり、この非球面は、上記非球面形状式に表中の係数を代入した数式で表される。【０４２６】
また、回折構造ＤＯＥ１及びＤＯＥ２は、各回折構造により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、上記光路差関数を表す式に表２−１、２−２中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
〔実施例３〕
次に、図４に示した収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとから構成される対物レンズユニットＯＵの具体的な数値実施例を例示する。収差補正素子ＳＡＣは、紫外線硬化樹脂からなる樹脂層と樹脂製のベースレンズとを積層した構成を有し、ベースレンズと樹脂層の境界面には回折構造ＤＯＥ１が形成され、ベースレンズの光源側の光学面には位相構造としての回折構造ＤＯＥ２が形成されている。また、対物レンズＯＬは、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計されたガラスレンズ（ＨＯＹＡ社製ＢＡＣＤ５）であるが、プラスチックレンズとしても良い。【０４２７】
本実施例のレンズデータを表３−１に示す。本数値実施例では、回折構造ＤＯＥにより入射光束に付加される光路差を光路差関数で表している。【０４２８】
【表３−１】
2005117001.tif 000007
【０４２９】
【表３−２】
2005117001.tif 000008
【０４３０】
ベースレンズと樹脂層の境界面（第２面）、樹脂層の光ディスク側の光学面（第３面）、対物レンズＯＬの光源側の光学面（第４面）、光ディスク側の光学面（第５面）はそれぞれ非球面形状であり、この非球面は、上記非球面形状式に表３−１、３−２中の係数を代入した数式で表される。【０４３１】
また、回折構造ＤＯＥ１及びＤＯＥ２は、各回折構造により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、上記光路差関数を表す式に表中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
〔実施例４〕
次に、実施例４として、図５に示すｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面にも回折構造を設けた場合のレンズデータを表４に示す。【０４３２】
【表４】
2005117001.tif 000009
【０４３３】
表４に示すように、本実施例では、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．６０ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．５５ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝２．５４ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０４３４】
また、ベースレンズＢＬのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５４３５、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝５６．７、樹脂層ＵＶのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５６００、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２３．０、対物レンズＯＬのレンズ材料のｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５８９１、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６１．３に設定されている。【０４３５】
対物レンズＯＬの光源側の光学面（第５面）と、光ディスク側の光学面（第６面）は非球面形状であり、この非球面は、次の非球面形状式に表４中の係数を代入した数式で表される。
［非球面表現式］
ｚ＝（ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（Κ＋１）（ｙ／Ｒ）２｝］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０＋Ａ１２ｙ１２＋Ａ１４ｙ１４
また、ベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶの境界面（第３面）に形成された回折構造ＤＯＥ１、ベースレンズＢＬと空気との境界面（第２面）に形成された回折構造ＤＯＥ２のそれぞれは、回折構造ＤＯＥ，ＤＯＥ２により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、次の光路差関数を表す式に表４中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
［光路差関数］
回折構造ＤＯＥ
φ＝λ×Ｍ×（Ｂ２ｙ２＋Ｂ４ｙ４＋Ｂ６ｙ６＋Ｂ８ｙ８＋Ｂ１０ｙ１０）
回折構造ＤＯＥ２
φ＝λ×Ｍ×（Ｂ２ｙ２＋Ｂ４ｙ４＋Ｂ６ｙ６）
なお、ここでＭは回折次数であるために、第３面における回折構造ＤＯＥの場合にはＨＤ  ＤＶＤでは１、ＤＶＤでは１、ＣＤでは１が代入され、第２面における回折構造ＤＯＥ２の場合にはＨＤ  ＤＶＤでは２、ＤＶＤでは１、ＣＤでは１が代入される。
〔実施例５〕
次に、実施例５として、図６に示す対物レンズ（対物光学系）の表面にも回折構造を設けた場合のレンズデータを表５に示す。【０４３６】
【表５】
2005117001.tif 000010
【０４３７】
表５に示すように、本実施例では、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．６０ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．５９ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝２．５８ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０４３８】
また、ベースレンズＢＬのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５４３５、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝５６．７、樹脂層ＵＶのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５６００、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２３．０、対物レンズＯＬのレンズ材料のｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５８９１、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６１．３に設定されている。【０４３９】
対物レンズＯＬの光源側の光学面（第５面）と、光ディスク側の光学面（第６面）は非球面形状であり、この非球面は、次の非球面形状式に表５中の係数を代入した数式で表される。
［非球面表現式］
ｚ＝（ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（Κ＋１）（ｙ／Ｒ）２｝］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０＋Ａ１２ｙ１２＋Ａ１４ｙ１４
また、ベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶの境界面（第３面）に形成された回折構造ＤＯＥ１、対物レンズＯＬの表面（第５面）に形成された回折構造ＤＯＥ３のそれぞれは、回折構造ＤＯＥ，ＤＯＥ３により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、次の光路差関数を表す式に表５中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
［光路差関数］
回折構造ＤＯＥ
φ＝λ×Ｍ×（Ｂ２ｙ２＋Ｂ４ｙ４＋Ｂ６ｙ６＋Ｂ８ｙ８＋Ｂ１０ｙ１０）
回折構造ＤＯＥ３
φ＝λ×Ｍ×（Ｂ２ｙ２＋Ｂ４ｙ４＋Ｂ６ｙ６）
なお、ここでＭは回折次数であるために、第３面における回折構造ＤＯＥの場合にはＨＤ  ＤＶＤでは１、ＤＶＤでは１、ＣＤでは１が代入され、第５面における回折構造ＤＯＥ３の場合にはＨＤ  ＤＶＤでは２、ＤＶＤでは１、ＣＤでは１が代入される。
［第４の実施の形態］
以下、第４の実施形態について図面を用いて説明するが、上記第１の実施の形態と同一の構成となる箇所については説明を省略する。【０４４０】
本実施形態における対物レンズユニットＯＵは、図８に概略的に示すように、収差補正素子ＳＡＣと、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計されたＨＤの専用レンズである対物レンズＯＬが、鏡枠Ｂを介して同軸で一体化された構成を有する。具体的には、円筒状の鏡枠Ｂの一端に収差補正素子ＳＡＣを嵌合固定し、他端に対物レンズＯＬを嵌合固定して、これらを光軸Ｘに沿って同軸に一体化した構成となっている。【０４４１】
次に、収差補正素子ＳＡＣの構成とその収差補正の原理について説明する。図７（ａ）、７（ｂ）に示すように、収差補正素子（第１光学素子）ＳＡＣは、第１波長λ１における屈折率差Δｎ１と、ｄ線におけるアッベ数の差Δνｄが、以下の（２１）式及び（２２）式を満たす紫外線硬化樹脂（第１部材）である材料Ａと光学ガラス（第２部材））である材料Ｂを積層させた構成を有し、２つの材料の境界面には輪帯状の段差を有する位相構造としての回折構造（第１位相構造）ＤＯＥが形成されている。この回折構造ＤＯＥは、それぞれの光ディスクの保護層厚さの違いにより発生する球面収差とそれぞれの光ディスクの使用波長の違いにより発生する球面収差を補正するための構造である。尚、回折構造ＤＯＥは、その光軸を含む断面形状が図７（ａ）に示す鋸歯型であっても良いし、図７（ｂ）に示す階段型であっても良い。【０４４２】
｜Δｎ１｜＜０．０１  （２１）
２０＜｜Δνｄ｜＜４０  （２２）
さて、このようなアッベ数（分散）が互いに異なる２つの材料に挟まれた回折構造の回折効率η（λ）は、一般的に、波長λと、この波長λにおける材料ＡとＢの屈折率の差Δｎ（λ）と、回折構造の段差ｄと、回折次数Ｍ（λ）の関数として、以下の（６１）式で表される。【０４４３】
η（λ）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ（λ）／λ］−Ｍ（λ）］  （６１）
但し、ｓｉｎｃ（Ｘ）＝ｓｉｎ（πＸ）／（πＸ）であり、η（λ）の値は、［  ］内が整数に近いほど１に近い値をとる。【０４４４】
ＨＤに使用する第１波長λ１における屈折率の差をΔｎ１、第１光束の回折光の回折次数をＭ１、ＤＶＤに使用する第２波長λ２における屈折率の差をΔｎ２、第２光束の回折光の回折次数をＭ２、ＣＤに使用する第３波長λ３における屈折率の差をΔｎ３、第３光束の回折光の回折次数をＭ３とすると、それぞれの波長における回折効率η（λ１）、η（λ２）、η（λ３）は、以下の（６２）乃至（６４）式で表される。【０４４５】
η（λ１）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ１／λ１］−Ｍ１］  （６２）
η（λ２）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ２／λ２］−Ｍ２］  （６３）
η（λ３）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ３／λ３］−Ｍ３］  （６４）
各々の波長において回折効率を高く確保するためには、（６３）式乃至（６４）式の、それぞれの［  ］内が整数に近い値となるように、屈折率の差Δｎｉ（ｉは１、２、３の何れか）を有する材料Ａ及びＢと、段差ｄと、回折次数Ｍｉ（ｉは１、２、３の何れか）を選べばよいことになる。【０４４６】
ここで、本実施の形態の収差補正素子ＳＡＣにおいては、材料ＡとＢとして、上述の（２１）式及び（２８）式を満たすような特性を有する材料を選択しているので、第１光束は回折構造ＤＯＥにより何ら作用を受けずそのまま透過する（即ち、（６２）式においてＭ１＝０）。更に、材料Ａ及びＢは上述の（２３）式及び（２８）式を満たすような特性を有しているので、第２光束と第３光束が回折構造ＤＯＥに入射した場合、１次回折光が発生する（即ち、（６３）式及び（６４）式においてＭ２＝Ｍ３＝１）。表６に、具低的な材料Ａ及びＢの物性を示し、図１０に段差ｄと、それぞれの光束の回折光の回折効率の関係を示す。図１０からわかるように、回折構造ＤＯＥの段差ｄを３５μｍ近傍に設定することで、何れの波長の光束に対しても回折効率（透過率）が９５％と高く確保できる。【０４４７】
【表６】
2005117001.tif 000011
【０４４８】
このように、上述の（２１）式及び（２２）式を満たすような２つの材料を積層させて、その境界面に回折構造を形成することで、第１光束は回折せず、第２光束及び第３光束のみを選択的に回折させる機能を回折構造ＤＯＥに持たせることが可能となり、従来技術では困難であった、青紫色レーザ光束（第１光束）と赤外レーザ光束（第３光束）の回折光の、球面収差補正効果と回折効率（透過率）確保の両立が実現できる。【０４４９】
ここで、回折構造ＤＯＥの近軸における回折パワーは負とされており、回折構造ＤＯＥに入射する第２光束と第３光束は発散光束に変換されて対物レンズＯＬに入射する。これにより、第２光束と第３光束に対する対物レンズユニットＯＵのバックフォーカスを伸ばすことができるので、保護層が厚いＤＶＤやＣＤに対する作動距離を十分に確保することが可能となる。尚、回折構造ＤＯＥの近軸における回折パワーＰＤは、後述する光路差関数φの２次の回折面係数Ｂ２と、光ディスクに対して情報の記録／再生に使用する回折光の回折次数Ｍにより、ＰＤ＝−２・Ｍ・Ｂ２で定義される。【０４５０】
尚、収差補正素子ＳＡＣにおいて、回折構造ＤＯＥは開口数ＮＡ２内に対応した領域にのみ形成されており、ｔ１とｔ２の厚さの違いによる球面収差は開口数ＮＡ２より外側の領域では補正されないため、開口数ＮＡ２より外側の領域を通過した第２光束は、回折構造ＤＯＥによりＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットから十分離れた位置に広がるフレア成分となる。【０４５１】
更に、収差補正素子ＳＡＣにおいて、回折構造ＤＯＥが形成された開口数ＮＡ２内に対応した領域は、開口数ＮＡ３内に対応した中央領域と、中央領域を囲む開口数ＮＡ３から開口数ＮＡ２に対応した輪帯状の周辺領域に分割されている。ここで、中央領域に形成された回折構造は第２光束と第３光束の両方をそれぞれの光ディスクの情報記録面上に集光させるようにその回折輪帯の幅が決定されている。一方、周辺領域に形成された回折構造は第２光束のみをＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に集光させ、且つ、第３光束は、ＣＤの情報記録面ＲＬ３状に形成されたスポットから十分離れた位置に広がるフレア成分となるように、その回折輪帯の幅が決定されている。【０４５２】
以上のように、本実施形態の光ピックアップ装置ＰＵに使用した収差補正素子ＳＡＣは、球面収差補正機能に他に、ＤＶＤの開口数ＮＡ２に対応した開口制限機能とＣＤの開口数ＮＡ３に対応した開口制限機能も有するので、光ピックアップ装置の構成の簡略化や部品点数の削減等が実現できる。【０４５３】
また、本実施形態においては、収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとを鏡枠Ｂを介して一体化したが、収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬを一体化する場合には、収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとの、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていればよく、上述のように鏡枠Ｂを介する方法以外に、収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬのそれぞれのフランジ部同士を嵌合固定する方法であってもよい。【０４５４】
このように収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとの、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていることで、フォーカシングやトラッキングの際の収差の発生を抑制でき、良好なフォーカシング特性、或いはトラッキング特性を得ることができる。【０４５５】
また、本実施形態においては、収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとを別々の素子として配する構成としたが、図１に概略的に示すように、収差補正素子ＳＡＣとしての機能を対物レンズＯＬに持たせた所謂ハイブリッド型の対物レンズを、対物レンズユニットＯＵの代わりに使用してもよい。【０４５６】
また、図８の対物レンズユニットＯＵにおいて、回折構造ＤＯＥとは別の位相構造を更に付加することによって、対物レンズユニットＯＵの集光性能を更に向上させる構成としてもよい。かかる位相構造は、収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬの何れの光学面上に形成してもよいが、収差補正素子ＳＡＣの光源側の光学面や収差補正素子ＳＡＣの光ディスクの光学面に形成するのが製造上好ましい。位相構造に持たせる機能としては、例えば、波長変化に伴う対物レンズユニットＯＵの集光スポットの増大（所謂、色収差）の補償や、温度変化に伴う対物レンズユニットＯＵの集光スポットの増大（所謂、温度収差）の補償等である。【０４５７】
また、エキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズＥＸＰ１を１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動させることで、ＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。第１レンズＥＸＰ１の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物レンズ系の屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、ＨＤの保護層の製造誤差による厚みバラツキや厚み分布、等である。尚、第１レンズＥＸＰ１の代わりに、第２レンズＥＸＰ２或いは第１コリメートレンズＣＯＬ１を光軸方向に駆動させる構成としても、ＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。【０４５８】
また、以上の説明では、第１レンズＥＸＰ１を光軸方向に駆動させることでＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する構成としたが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差、更には、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に形成されたスポットの球面収差を補正する構成としても良い。【０４５９】
また、本実施形態においては、第１の発光点ＥＰ１と第２の発光点ＥＰ２とを一つのチップ上に形成したＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットＬＵを用いることとしたが、これに限らず、更にＨＤ用の波長４０５ｎｍのレーザ光束を射出する発光点も同一のチップ上に形成したＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用の１チップレーザ光源ユニットを用いても良い。或いは、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザと赤外半導体レーザの３つのレーザ光源を１つの筐体内に納めたＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用の１キャンレーザ光源ユニットを用いても良い。【０４６０】
また、本実施形態においては、光源と光検出器ＰＤとを別体に配置する構成としたが、これに限らず、光源と光検出器とを集積化したレーザ光源モジュールを用いても良い。【０４６１】
また、図示は省略するが、上記実施の形態に示した光ピックアップ装置ＰＵ、光ディスクを回転自在に保持する回転駆動装置、これら各種装置の駆動を制御する制御装置を搭載することで、光ディスクに対する光情報の記録及び光ディスクに記録された情報の再生のうち少なくとも一方の実行が可能な光ディスクドライブ装置を得ることが出来る。【０４６２】
また、本実施形態においては、回折構造ＤＯＥが材料Ａ及び材料Ｂの境界面にのみ形成された場合を例示して説明したが、図７に示すように、材料Ａ及び材料Ｂのうち、ｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面にも回折構造（位相構造）を形成していてもよい。このように、回折構造が、ｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面に形成されているので、第１光束、第２光束、第３光束のぞれぞれの波長λ１，λ２，λ３，に対する回折効率を高めることができる。【０４６３】
さらには、図１３に示すように、ディスク側に配置された対物レンズ（対物光学系）が、ｄ線のアッベ数νｄが４０≦νｄ≦７０を満たしていて、前記対物レンズの表面に回折構造が形成されていてもよい。【０４６４】
このように、ディスク側に配置された対物レンズにおけるｄ線のアッベ数νｄが上記の式を満たし、前記対物レンズの表面には回折構造が形成されているので、第１光束、第２光束、第３光束のぞれぞれの波長λ１，λ２，λ３，に対する回折効率を高めることができる。【０４６５】
これらの回折構造は、波長選択型回折構造であっても、ブレーズ型回折構造であっても構わない。【０４６６】
例えば、回折構造が波長選択型回折構造であると、所定の波長の光束のみに位相差を与えることができ、ＤＶＤの光にのみ回折作用を付与することができ、残留してしまうＤＶＤの球面収差が補正できる。【０４６７】
一方、回折構造がブレーズ型回折構造であると色収差補正が効果的である。【０４６８】
また、このように材料Ａ及び材料Ｂの境界面以外にも回折構造を設けた場合、ＤＶＤの保護層ＰＬ２の厚さｔ２を、０．９×ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１を満たすように設定してれば、ＨＤ  ＤＶＤとＤＶＤとの組み合わせのように波長のみが異なることで生じる球面収差を補正するだけなので、回折ピッチを大きくすることができ、加工性を高めることができる。
〔実施例６〕
次に、図８に示した収差補正素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとから構成される対物レンズユニットＯＵの具体的な数値実施例を例示する。収差補正素子ＳＡＣは、紫外線硬化樹脂である材料Ａとガラスレンズ（ＨＯＹＡ社製ＢＡＣＤ５）である材料Ｂとを積層した構成を有し、材料Ａと材料Ｂの境界には回折構造ＤＯＥが形成されている。また、対物レンズＯＬはＨＤ専用のガラスレンズ（ＨＯＹＡ社製ＢＡＣＤ５）であるが、プラスチックレンズとしても良い。【０４６９】
実施例６のレンズデータを表７に示し、仕様を表８に示し、光路図を図１１に示す。本数値実施例では、回折構造ＤＯＥにより入射光束に付加される光路差を光路差関数で表している。また、図１１の光路図では回折構造ＤＯＥは図示しない。【０４７０】
【表７】
2005117001.tif 000012
【０４７１】
【表８】
2005117001.tif 000013
【０４７２】
表８において、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）はレンズ間隔、ｎ４０５、ｎ６５５、ｎ７８５は、それぞれ、第１波長λ１（＝４０５ｎｍ）、第２波長λ２（＝６５５ｎｍ）、第３波長λ３（＝７８５ｎｍ）に対するレンズの屈折率、νｄはｄ線のレンズのアッベ数、ＭＨＤ、ＭＤＶＤ、ＭＣＤは、それぞれ、ＨＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＤＶＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＣＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数である。また、１０のべき乗数（例えば  ２．５×１０−３）を、Ｅ（例えば  ２．５Ｅ―３）を用いて表すものとする。【０４７３】
また、表８において、ＨＤ使用時における対物レンズユニットＯＵの開口数ＮＡ１は０．８５、第１面（Ｓ１）の有効径は３．７４ｍｍ、倍率は０であり、ＤＶＤ使用時の対物レンズユニットの開口数ＮＡ２は０．６５、第１面（Ｓ１）の有効径は２．９４ｍｍ、倍率は０であり、ＣＤ使用時の対物レンズユニットの開口数ＮＡ３は０．５０、第１面（Ｓ１）の有効径は２．３２ｍｍ、光学系倍率は−１／２２．２８に設定されている。本実施例では、ＭＨＤ、ＭＤＶＤ及びＭＣＤとして、それぞれ、０、１及び１を選択したので、ＨＤとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正した場合のＣＤ使用時の倍率を小さく設定することができ、対物レンズユニットＯＵが光軸垂直方向に０．５ｍｍシフトした場合でも、波面収差は０．０５λ３ＲＭＳ程度と良好である。光ピックアップ装置において、対物レンズユニットＯＵのトラッキング量は±０．５ｍｍ程度であるので、本実施例の対物レンズユニットＯＵは、ＣＤに対して良好なトラッキング特性を有しているといえる。【０４７４】
対物レンズＯＬの光源側の光学面（第４面）と、光ディスク側の光学面（第５面）は非球面形状であり、この非球面は、次の非球面形状式に表７及び表８中の係数を代入した数式で表される。
［非球面表現式］
ｚ＝（ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（Κ＋１）（ｙ／Ｒ）２｝］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０＋Ａ１２ｙ１２＋Ａ１４ｙ１４＋Ａ１６ｙ１６＋Ａ１８ｙ１８＋Ａ２０ｙ２０
但し、
ｚ：非球面形状（非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離）
ｙ：光軸からの距離
Ｒ：曲率半径
Κ：コーニック係数
Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０，Ａ１２，Ａ１４，Ａ１６，Ａ１８，Ａ２０：非球面係数
また、材料Ａと材料Ｂの境界面に形成された回折構造ＤＯＥは、回折構造ＤＯＥにより入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、次の光路差関数を表す式に表７及び表８中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
［光路差関数］
φ＝λ×Ｍ×（Ｂ２ｙ２＋Ｂ４ｙ４＋Ｂ６ｙ６＋Ｂ８ｙ８＋Ｂ１０ｙ１０）
但し、
φ：光路差関数
λ：回折構造に入射する光束の波長
Ｍ：光ディスクに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数
ｙ：光軸からの距離
Ｂ２，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ８，Ｂ１０：回折面係数
〔実施例７〕
次に、実施例７として、図１２に示すｄ線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面にも回折構造を設けた場合のレンズデータを表９に示す。【０４７５】
【表９】
2005117001.tif 000014
【０４７６】
表９に示すように、本実施例では波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．６０ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．６５ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝２．７０ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０４７７】
また、材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５８９１、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６１．３、材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５７３７、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２９．１、対物レンズＯＬのレンズ材料のｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５８９１、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６１．３に設定されている。【０４７８】
対物レンズＯＬの光源側の光学面（第５面）と、光ディスク側の光学面（第６面）は非球面形状であり、この非球面は、次の非球面形状式に表９中の係数を代入した数式で表される。
［非球面表現式］
ｚ＝（ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（Κ＋１）（ｙ／Ｒ）２｝］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０＋Ａ１２ｙ１２＋Ａ１４ｙ１４
また、材料Ａと材料Ｂの境界面（第３面）に形成された回折構造ＤＯＥ、材料Ａと空気との境界面（第２面）に形成された回折構造ＤＯＥ２のそれぞれは、回折構造ＤＯＥ，ＤＯＥ２により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、次の光路差関数を表す式に表９中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
［光路差関数］
回折構造ＤＯＥ
φ＝λ×Ｍ×（Ｂ２ｙ２＋Ｂ４ｙ４＋Ｂ６ｙ６＋Ｂ８ｙ８＋Ｂ１０ｙ１０）
回折構造ＤＯＥ２
φ＝λ×Ｍ×（Ｂ２ｙ２＋Ｂ４ｙ４＋Ｂ６ｙ６）
なお、ここでＭは回折次数であるために、第３面における回折構造ＤＯＥの場合にはＨＤ  ＤＶＤでは０、ＤＶＤでは１、ＣＤでは０が代入され、第２面における回折構造ＤＯＥ２の場合にはＨＤ  ＤＶＤでは０、ＤＶＤでは１、ＣＤでは０が代入される。
〔実施例８〕
次に、実施例８として、図１３に示す対物レンズの表面にも回折構造を設けた場合のレンズデータを表１０に示す。【０４７９】
【表１０】
2005117001.tif 000015
【０４８０】
表１０に示すように、本実施例では、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．６０ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．６５ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝２．７０ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０４８１】
また、材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５８９１、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６１．３、材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５７３７、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２９．１、対物レンズＯＬのレンズ材料のｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５８９１、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６１．３に設定されている。【０４８２】
対物レンズＯＬの光源側の光学面（第５面）と、光ディスク側の光学面（第６面）は非球面形状であり、この非球面は、次の非球面形状式に表１０中の係数を代入した数式で表される。
［非球面表現式］
ｚ＝（ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（Κ＋１）（ｙ／Ｒ）２｝］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０＋Ａ１２ｙ１２＋Ａ１４ｙ１４
また、材料Ａと材料Ｂの境界面（第３面）に形成された回折構造ＤＯＥ、対物レンズＯＬの表面（第５面）に形成された回折構造ＤＯＥ３のそれぞれは、回折構造ＤＯＥ，ＤＯＥ３により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、次の光路差関数を表す式に表１０中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
［光路差関数］
回折構造ＤＯＥ
φ＝λ×Ｍ×（Ｂ２ｙ２＋Ｂ４ｙ４＋Ｂ６ｙ６＋Ｂ８ｙ８＋Ｂ１０ｙ１０）
回折構造ＤＯＥ３
φ＝λ×Ｍ×（Ｂ２ｙ２＋Ｂ４ｙ４＋Ｂ６ｙ６）
なお、ここでＭは回折次数であるために、第３面における回折構造ＤＯＥの場合にはＨＤ  ＤＶＤでは０、ＤＶＤでは１、ＣＤでは１が代入され、第５面における回折構造ＤＯＥ３の場合にはＨＤ  ＤＶＤでは０、ＤＶＤでは１、ＣＤでは０が代入される。
［第５の実施の形態］  
以下、図を参照して第５の実施の形態について説明する。【０４８３】
図１４は、ＨＤ（第１光情報記録媒体）とＤＶＤ（第２光情報記録媒体）とＣＤ（第３光情報記録媒体）との何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置ＰＵの構成を概略的に示す図である。ＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０７ｎｍ、保護基板ＰＬ１の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．６５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５５ｎｍ、保護基板ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護基板ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．５１である。【０４８４】
また、第１〜第３光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を行う際の、対物光学系の光学系倍率（ｍ１〜ｍ３）は、ｍ１＝ｍ２＝ｍ３＝０となっている。即ち、本実施の形態における対物光学系ＯＢＪでは、第１〜第３光束が全て平行光として入射する構成となっている。【０４８５】
但し、波長、保護基板の厚さ、開口数及び光学系倍率の組合せはこれに限られない。また、第１光情報記録媒体として、保護基板ＰＬ１の厚さｔ１が０．１ｍｍ程度のＢＤを用いても良い。【０４８６】
光ピックアップ装置ＰＵは、高密度光情報記録媒体ＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０７ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）、第１光束用の光検出器ＰＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する赤色半導体レーザＬＤ２（第２光源）とＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する赤外半導体レーザＬＤ３（第３光源）とが一体化された光源ユニットＬＵ、第２光束及び第３光束共通の光検出器ＰＤ２、第１光束のみが通過する第１コリメートレンズＣＯＬ１、第２光束及び第３光束が通過する第２コリメートレンズＣＯＬ２、材料Ａと材料Ｂとの境界面に第１位相構造が形成された第１光学素子Ｌ１と、この第１光学素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２，ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた第２光学素子Ｌ２とから構成された対物光学系ＯＢＪ、第１ビームスプリッタＢＳ１、第２ビームスプリッタＢＳ２、第３ビームスプリッタＢＳ３、絞りＳＴＯ、センサーレンズＳＥＮ１及びＳＥＮ２等から構成されている。【０４８７】
光ピックアップ装置ＰＵにおいて、高密度光情報記録媒体ＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１４において実線でその光線経路を描いたように、まず、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、第１ビームスプリッタＢＳ１を通過し、第１コリメートレンズＣＯＬ１に至る。【０４８８】
そして、第１コリメートレンズＣＯＬ１を透過する際に第１光束は平行光に変換され、第２ビームスプリッタＢＳ２及び１／４波長板ＲＥを通過して、対物光学系ＯＢＪに至り、対物光学系ＯＢＪによって第１保護基板ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。【０４８９】
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、１／４波長板ＲＥ、第２ビームスプリッタＢＳ２、第１コリメートレンズＣＯＬ１を通過し、第１ビームスプリッタＢＳ１で分岐され、センサーレンズＳＥＮ１により非点収差が与えられて、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光情報記録媒体ＨＤに記録された情報を読み取ることができる。【０４９０】
また、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１４において２点鎖線でその光線経路を描いたように、まず、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第３ビームスプリッタＢＳ３を通過し、第２コリメートレンズＣＯＬ２に至る。【０４９１】
そして、第２コリメートレンズＣＯＬ２を透過する際に平行光に変換され、第２ビームスプリッタＢＳ２で反射して、１／４波長板ＲＥを通過して対物光学系ＯＢＪに至り、対物光学系ＯＢＪによって第２保護基板ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。【０４９２】
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、１／４波長板ＲＥを通過し、第２ビームスプリッタＢＳ２で反射した後、コリメートレンズＣＯＬ２を通過し、第３ビームスプリッタＢＳ３で分岐され、光検出器ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ２の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。【０４９３】
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１４において点線でその光線経路を描いたように、まず、赤外半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第３ビームスプリッタＢＳ３を通過し、第２コリメートレンズＣＯＬ２に至る。【０４９４】
そして、第２コリメートレンズＣＯＬ２を透過する際に緩い発散光束に変換され、第２ビームスプリッタＢＳ２で反射して、１／４波長板ＲＥを通過して対物光学系ＯＢＪに至り、対物光学系ＯＢＪによって第２保護基板ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。【０４９５】
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、１／４波長板ＲＥを通過し、第２ビームスプリッタＢＳ２で反射した後、コリメートレンズＣＯＬ２を通過し、第３ビームスプリッタＢＳ３で分岐され、光検出器ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ２の出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。【０４９６】
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。【０４９７】
対物光学系は、図１５に概略的に示すように、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２とが、鏡枠（図示せず）を介して同軸で一体化されたプラスチックレンズである。【０４９８】
尚、本実施の形態では、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２とを鏡枠（図示せず）を介して一体化したが、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２を一体化する場合には、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２との、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていればよく、上述のように鏡枠を介する方法以外に、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２のそれぞれのフランジ部同士を嵌合固定する方法であってもよい。【０４９９】
図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１光学素子Ｌ１は、ｄ線におけるアッベ数が互いに異なる材料Ａと材料Ｂとを積層して構成されている。【０５００】
そして、ｄ線における材料Ａのアッベ数及び屈折率をνｄＡ及びｎｄＡとし、ｄ線における前記材料Ｂのアッベ数及び屈折率をνｄＢ及びｎｄＢとした場合、
−３．５≦（νｄＡ−νｄＢ）／［１００×（ｎｄＡ−ｎｄＢ）］≦−０．７
を満たすように設定されている。【０５０１】
また、環状ポレオレフィン系の光学樹脂である材料Ａと紫外線硬化樹脂である材料Ｂとの境界面は、図１７に示すように、ＮＡ２内の領域に対応する光軸を含む第１領域ＡＲＥＡ１と、ＮＡ２からＮＡ１及びＮＡ２までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２とに分割されている。【０５０２】
本実施の形態においては、第１領域ＡＲＥＡ１には、図１６（ａ）に示したような、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を含む階段状とされたパターンＰを同心円状に配列して構成されており、各パターンは所定のレベル面の個数毎（図１６（ａ）、（ｂ）では５レベル面）に、そのレベル面数に対応した段数分（図１６（ａ）、（ｂ）では４段）の高さだけ段をシフトさせた回折構造である第１位相構造ＨＯＥが形成されているが、図１６（ｂ）に示したような構造であってもよい。【０５０３】
第１領域ＡＲＥＡ１に形成された回折構造ＨＯＥにおいて、各パターンＰ内に形成された段差Ｓの光軸方向の深さｄ１は、
０．８×λ１×Ｋ２／（ｎＢ１−ｎＡ１）≦ｄ１≦１．２×λ１×Ｋ２／（ｎＢ１−ｎＡ１）を満たすように設定されている。【０５０４】
但し、
ｎＡ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ａの屈折率、
ｎＢ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ｂの屈折率
光軸方向の深さｄ１をこのように設定することで、第１位相構造ＨＯＥにおいて波長λ１の光束は実質的に位相差を与えられずに透過する。また、波長λ３の光束は、上述したように材料Ａと材料Ｂとの屈折率の差の比が分散が異なることに起因して十分に大きくなるため、第１位相構造ＨＯＥにおいて実質的に位相差を与えられて回折作用を受ける。【０５０５】
具体的には、この第１位相構造の光軸方向の深さｄ１はｄ＝０．４０７×２／（１．６４０１９９−１．４６２３６）＝４．５８［μｍ］に設定されている。従って、この回折構造に波長λ１＝０．４０７［μｍ］の光束が入射した場合、隣り合うレベル面により２π×２の位相差が生じ、実質位相差が生じない。つまり、波長λ１の光束は高い効率（１００％）で透過する。【０５０６】
回折構造に波長λ３＝０．７８５［μｍ］の光束が入射した場合には、隣り合うレベル面により２π×ｄ１×（１．５８５９９４−１．４４４７８５）／０．７８５＝２π×０．８２３の位相差が生じるが、各パターン内のレベル面数を５にすると、各パターンの両端で発生する位相差は、２π×０．８２３×５＝２π×４．１１となり、整数値に近くなるため波長λ３の光束は高い回折効率（８４％）でもって回折する。【０５０７】
また、回折構造に波長λ２＝０．６５５［μｍ］の光束が入射した場合には、隣り合うレベル面により２π×ｄ１×（１．５９３６９４−１．４４７７４９）／０．６５５＝２π×１．０２の位相差が生じ、実質位相差はないことから波長λ２の光束は高い回折効率（９７％）で透過する。【０５０８】
なお、第１光学素子Ｌ１や第２光学素子Ｌ２の光学面上に、光軸を含む断面形状が鋸歯形状の複数の輪帯から構成された回折構造ＤＯＥ（第２位相構造及び第３位相構造、図１８を参照）を形成してもよい。【０５０９】
例えば、第２位相構造により、波長λ１と波長λ３の差に起因して発生する球面収差を補正する機能を持たせることで、対物光学系ＯＢＪに対してＨＤとＤＶＤとの互換性を持たせることができる（尚、波長λ１と波長λ３の差に起因して発生する球面収差は、第２位相構造を形成せずに、対物光学系ＯＢＪの光学面のうち、少なくとも３つの光学面を非球面とすることでも補正可能である）。また、第３位相構造により、波長λ１の波長領域での色収差補正機能を持たせることによりモードホップが起きた場合でも、集光スポットが大きくならず、常に良好な集光状態を維持することが可能となる。また、温度変化に伴う球面収差の増大を第３位相構造により補正することで、対物光学系ＯＢＪの使用可能な温度範囲を広げることが可能となる。【０５１０】
以上のように、本実施の形態に示した光ピックアップ装置ＰＵでは、対物光学系ＯＢＪを第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２とにより構成し、これらレンズのうち第１光学素子Ｌ１をｄ線におけるアッベ数が互いに異なる材料Ａと材料Ｂとを積層して構成し、更に、材料Ａと材料Ｂとの境界面に第１位相構造ＨＯＥを形成する。【０５１１】
これにより、波長比がほぼ整数比となる関係にある波長λ１の光束（例えば波長λ１＝４０７ｎｍ程度の青紫色レーザ光束）と波長λ３の光束（例えば波長λ３＝７８５ｎｍ程度の赤外レーザ光束）を、第１回折構造ＨＯＥを利用して互いに異なる角度で出射することができ、保護基板厚ｔ１とｔ３の厚みの差に起因した球面収差を補正できるとともに、材料Ａと材料Ｂとの屈折率の差の比に応じて、各パターンを構成するレベル面の個数を適切に選択することで、波長λ３の光束の回折効率を十分に高く確保することが可能となる。【０５１２】
なお、本実施形態においては、赤色半導体レーザＬＤ３と赤外半導体レーザＬＤ２とが一体化された光源ユニットＬＵを用いることとしたが、これに限らず、青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）も１つの筐体内に納めたＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用のレーザ光源ユニットを用いても良い。
［第６の実施の形態］  
次に、本発明の第６の実施の形態について図面を用いて説明するが、上記第１の実施の形態と同一の構成となる箇所については説明を省略する。【０５１３】
次に、対物光学系ＯＵの構成について説明する。【０５１４】
対物光学系は、図３０に概略的に示すように、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２とが、鏡枠Ｂを介して同軸で一体化されたＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換のレンズユニットである。【０５１５】
図３０に示すように、第１光学素子Ｌ１は、ｄ線におけるアッベ数が互いに異なる材料Ａと材料Ｂとを積層して構成されており、材料Ａと材料Ｂはともに樹脂製である。なお、第２光学素子Ｌ２は、第１波長λ１と厚さ０．１ｍｍの保護基板とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が最適化されたＮＡ０．８５のガラスレンズである。【０５１６】
そして、ｄ線における材料Ａのアッベ数及び屈折率をνｄＡ及びｎｄＡとし、ｄ線における前記材料Ｂのアッベ数及び屈折率をνｄＢ及びｎｄＢとした場合、
−３．５≦（νｄＡ−νｄＢ）／［１００×（ｎｄＡ−ｎｄＢ）］≦−０．７を満たすように設定されており、更には、νｄＢ＜νｄＡ、及び、ｎｄＢ＞ｎｄＡなる関係を満たす。具体的には、νｄＡ＝５６．４、νｄＢ＝２７、ｎｄＡ＝１．５０９１４０、ｎｄＢ＝１．６３００００である。【０５１７】
また、材料Ａと材料Ｂとの境界面は、ＮＡ２内の領域に対応する光軸を含む第１領域ＡＲＥＡ１（中央領域）と、ＮＡ２からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２（周辺領域）とに分割されており（図示せず）、第１領域ＡＲＥＡ１には、図３０に示したような、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を含む階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面数（図３０では５レベル面）の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分（図３０では４段）の高さだけ段をシフトさせた構造である第１位相構造ＨＯＥ１が形成されている。【０５１８】
第１位相構造構造ＨＯＥ１において、各パターンＰ内に形成された段差Ｓの光軸方向の深さｄ１は、
０．８×λ１×Ｋ２／（ｎＢ１−ｎＡ１）≦ｄ１≦１．２×λ１×Ｋ２／（ｎＢ１−ｎＡ１）を満たすように設定されている。【０５１９】
但し、ｎＡ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ａの屈折率、
ｎＢ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ｂの屈折率、
Ｋ２：自然数
具体的には、ｎＡ１＝１．５２４６４９、ｎＢ１＝１．６７３１３４、λ１＝０．４０５μｍ、Ｋ２＝２、ｄ１＝５．４５７μｍである。すなわち、この段差ｄ１は、
ｄ１＝２・λ１・（ｎＢ１−ｎＡ１）＝０．９７４・λ２・（ｎＢ２−ｎＡ２）を満たす高さとなっているので、第１位相構造ＨＯＥ１に波長λ１＝０．４０５μｍの光が入射した場合には、隣り合うレベル面間でλ１の２波長分、第１位相構造ＨＯＥ１に波長λ２＝０．６５５μｍの光が入射した場合には、隣り合うレベル面間でλ２の略１波長分の光路差が生じる。【０５２０】
ここで、ｎＡ２は、波長λ２の光束に対する材料Ａの屈折率（本実施の形態では、ｎＡ２＝１．５０６５１３）であり、ｎＢ２は、波長λ２の光束に対する材料Ｂの屈折率（本実施の形態では、ｎＢ２＝１．６２３３７９）である。従って、波長λ１と波長λ２の光束は、隣り合うレベル面間で波面が揃うため、実質位相差が生じずに、高い効率でそのまま透過する（０次回折光）。なお、波長λ１の光束の効率は１００％であり、波長λ２の光束の効率は９４．６％である。【０５２１】
一方、第１位相構造ＨＯＥ１に波長λ３＝０．７８５μｍの光が入射した場合には、隣り合うレベル面間で｜ｄ１・（ｎＢ３−ｎＡ３）−λ３｜＝｜０．６１１−０．７８５｜＝０．１７４μｍの光路差が生じる。ここで、ｎＡ３は、波長λ３の光束に対する材料Ａの屈折率（本実施の形態では、ｎＡ２＝１．５０６５１３）であり、ｎＢ３は、波長λ３の光束に対する材料Ｂの屈折率（本実施の形態では、ｎＢ３＝１．６２３３７９）である。【０５２２】
第１位相構造ＨＯＥ１の１周期内のレベル面数は５であるので、０．１７４×５＝０．８７０μｍとなり、その絶対値は波長λ２に近く、各パターンの両端でちょうど１波長分の光路差が生じることになる。従って、第１位相構造ＨＯＥ１に波長λ３の光が入射した場合には、高い回折効率（８４．５％）でもって１次方向（平行光の状態で入射した波長λ２の光束が発散光に変換される方向）に光が回折する。【０５２３】
このように、第１位相構造ＨＯＥ１では、波長λ３の光束のみを選択的に回折させることにより、波長λ３の光束に対する収差を独立に制御することが可能となり、ＢＤとＣＤの保護基板厚の違いによる球面収差を良好に補正可能である。特に、互いに分散と屈折率が異なる材料Ａと材料Ｂを積層することにより、波長比が略２倍である青紫色波長と赤外波長の透過率を確保しつつ、ＢＤとＣＤとの相互互換を達成できる。【０５２４】
更に、材料Ａの光束入射面は、ＮＡ３内の領域に対応する光軸を含む第３領域ＡＲＥＡ３（中央領域）と、ＮＡ３からＮＡ１までの領域に対応する第４領域ＡＲＥＡ４（周辺領域）とに分割されており（図示せず）、第３領域ＡＲＥＡ３には、図３０に示したような、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を含む階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面数（図３０では５レベル面）の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分（図３０では４段）の高さだけ段をシフトさせた構造である第２位相構造ＨＯＥ２が形成されている。【０５２５】
第２位相構造構造ＨＯＥ２において、各パターンＰ内に形成された段差Ｓの光軸方向の深さｄ２は、０．８×λ１×Ｋ３／（ｎＣ１−１）≦ｄ２≦１．２×λ１×Ｋ３／（ｎＣ−１）を満たすように設定されている。【０５２６】
但し、ｎＣ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ａの屈折率、Ｋ３：自然数
具体的には、ｎＣ１＝１．５２４６９４、λ１＝０．４０５μｍ、Ｋ３＝２、ｄ２＝１．５４４μｍである。すなわち、この段差ｄ２は、ｄ２＝２・λ１・（ｎＣ１−１）＝０．９９０・λ３・（ｎＣ２−１）を満たす高さとなっているので、第２位相構造ＨＯＥ２に波長λ１＝０．４０５μｍの光が入射した場合には、隣り合うレベル面間でλ１の２波長分、第２位相構造ＨＯＥ２に波長λ３＝０．７８５μｍの光が入射した場合には、隣り合うレベル面間でλ３の略１波長分の光路差が生じる。【０５２７】
ここで、ｎＣ２は、波長λ３の光束に対する材料Ａの屈折率（本実施の形態では、ｎＣ２＝１．５０３２３５）である。従って、波長λ１と波長λ３の光束は、隣り合うレベル面間で波面が揃うため、実質位相差が生じずに、高い効率でそのまま透過する（０次回折光）。なお、波長λ１の光束の効率は１００％であり、波長λ３の光束の効率は９９．２％である。【０５２８】
一方、第２位相構造ＨＯＥ２に波長λ２＝０．６５５μｍの光が入射した場合には、隣り合うレベル面間で｜ｄ２・（ｎＣ２−１）−λ２｜＝｜０．７８２−０．６５５｜＝０．１２７μｍの光路差が生じる。ここで、ｎＣ２は、波長λ３の光束に対する材料Ａの屈折率（本実施の形態では、ｎＣ２＝１．５０６５１３）である。【０５２９】
第２位相構造ＨＯＥ２の１周期内のレベル面数は５であるので、０．１２７×５＝０．６３５μｍとなり、その絶対値は波長λ３に近く、各パターンの両端でちょうど１波長分の光路差が生じることになる。従って、第２位相構造ＨＯＥ２に波長λ２の光が入射した場合には、高い回折効率（８７．３％）でもって１次方向（平行光の状態で入射した波長λ２の光束が発散光に変換される方向）に光が回折する。【０５３０】
このように、第２位相構造ＨＯＥ２では、波長λ２の光束のみを選択的に回折させることにより、波長λ２の光束に対する収差を独立に制御することが可能となり、ＢＤとＤＶＤの保護基板厚の違いによる球面収差を良好に補正可能である。特に、ｄ線におけるアッベ数が４５≦νｄＡ≦６５を満たす材料Ａの表面に第２位相構造を形成することにより、波長比が略１．６倍である青紫色波長と赤色波長の透過率を確保しつつ、ＢＤとＤＶＤとの相互互換を達成できる。【０５３１】
また、上述したように、第１位相構造ＨＯＥ１はＮＡ２内の領域に対応する光軸を含む第１領域ＡＲＥＡ１（中央領域）に形成されているので、ＮＡ３からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２（周辺領域）を通過する波長λ３の光束に対しては、ＢＤとＣＤの保護基板厚の違いによる球面収差は補正されない。従って、ＣＤの情報記録面上では、第２領域ＡＲＥＡ２（周辺領域）を通過した波長λ３の光束は大きな球面収差を持った状態で、第１領域ＡＲＥＡ１（中央領域）を通過した波長λ３の光束が形成する集光スポットよりもオーバー側に集光する。これは、自動的にＮＡ２に対応した開口制限が行われるのと等価であり、本実施例における対物光学系は、ＮＡ２に対応した開口制限素子を必要とせず、光ピックアップ装置の構成を簡素なものにすることが出来る。【０５３２】
更に、第２位相構造ＨＯＥ２はＮＡ３内の領域に対応する光軸を含む第３領域ＡＲＥＡ３（中央領域）に形成されているので、上記と同様の理由により、本実施例における対物光学系は、ＮＡ３に対応した開口制限素子が不要である。【０５３３】
また、本実施の形態における光ピックアップ装置ＰＵでは、エキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズＥＸＰ１は、１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動可能なように構成されている。この構成により、入射光束の波長に応じて、エキスパンダーレンズＥＸＰの焦点距離を変化させることで、各波長の光束がエキスパンダーレンズＥＸＰから平行光束の状態で射出されるようにすることが可能であるほかに、ＢＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能である。第１レンズＥＸＰ１の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物レンズユニットＯＵの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、ＢＤの保護基板の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。なお、本実施の形態における光ピックアップ装置ＰＵは、ＢＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を検出するための球面収差検出手段、及び球面収差検出手段により生成された球面収差誤差信号に基づき、１軸アクチュエータＡＣ２を作動させる制御手段を有するのが好ましい。【０５３４】
また、本実施の形態においては、第１の発光点ＥＰ１と第２の発光点ＥＰ２とを一つのチップ上に形成したＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットＬＵを用いることとしたが、これに限らず、更にＢＤ用の波長４０５ｎｍのレーザ光束を射出する発光点も同一のチップ上に形成したＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットを用いても良い。あるいは、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザと赤外半導体レーザの３つのレーザ光源を１つの筐体内に納めたＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットを用いても良い。【０５３５】
また、本実施の形態においては、光源と光検出器ＰＤとを別体に配置する構成としたが、これに限らず、光源と光検出器とを集積化したレーザ光源モジュールを用いても良い。【０５３６】
また、本実施形態においては、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２とを鏡枠Ｂを介して一体化したが、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２を一体化する場合には、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２との、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていればよく、上述のように鏡枠Ｂを介する方法以外に、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２のそれぞれのフランジ部同士を嵌合固定する方法であってもよい。【０５３７】
尚、本実施の形態では、第１位相構造ＨＯＥ１（或いは、第２位相構造ＨＯＥ２）を第１領域ＡＲＥＡ１（或いは、第３領域ＡＲＥＡ３）にのみ形成する構成としたが、第２領域ＡＲＥＡ２（或いは、第４領域ＡＲＥＡ４）にも第１位相構造（或いは、第２位相構造ＨＯＥ２）を形成しても良い。この場合には、第２領域ＡＲＥＡ２（或いは、第４領域ＡＲＥＡ４）を通過する波長λ３（或いは、波長λ２）の光束の球面収差を任意に制御することが出来るので、対物光学系のフォーカス位置の光検出器ＰＤによる検出特性を良好なものにすることが可能である。【０５３８】
また、材料Ｂの光情報記録媒体側の光学面、第２光学素子Ｌ２の光源側の光学面、第２光学素子Ｌ２の光情報記録媒体側の光学面のうち、少なくとも１つの光学面上に、第３位相構造を形成することで、対物光学系の特性をより良好なものにすることが可能である。第３位相構造で、波長λ１±１０ｎｍの範囲内の波長領域での色の球面収差を補正した場合には、紫色半導体レーザ光源の発振波長個体差に対する公差を緩和できる。また、第３位相構造で、波長λ１±２ｎｍの範囲内の波長領域での、対物光学系のフォーカス移動量を補正した場合には、再生時から記録時、或いは、記録時から再生時への切替の際のモードホッピングによる集光性能の劣化を抑制できる。また、第３位相構造で、屈折率変化に伴う球面収差の増大を補正することで、温度変化時の記録／再生特性を向上できるとともに、第２光学素子を樹脂製とすることが可能となるので、対物光学系の軽量化や低コスト化を達成できる。【０５３９】
図３１に概略図を示した別形態の対物光学系は、第３位相構造ＤＯＥ３を材料Ｂの光情報記録媒体側の光学面に形成した場合である。図３１では、第３位相構造ＤＯＥ３を、光軸を含む断面形状が光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造（図２７（ａ）参照）としており、λ１±１０ｎｍの範囲内の波長領域での色の球面収差と、波長λ１±２ｎｍの範囲内の波長領域での、対物光学系のフォーカス移動量を補正している。尚、第３位相構造の光軸を含む断面形状は、補正の対象となる収差の種類によって変わり、図２４（ａ）〜２８（ｂ）に概略的に示した構造のうちの何れかとなる。【０５４０】
以上の発明において、波長λ１、λ２、λ３、保護基板厚ｔ１、ｔ２、ｔ３の好ましい範囲は以下の通りである。【０５４１】
３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ
６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ
７５０ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ
０．０ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ
０．４ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ
０．９ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ
また更に、それぞれの好ましい範囲は以下の通りである。【０５４２】
３９０ｎｍ≦λ１≦４１５ｎｍ
６３５ｎｍ≦λ２≦６７０ｎｍ
７７０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ
０．０ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ
１．１ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ
〔実施例９〕
次に、上記実施の形態で示した対物光学系の実施例について説明する。【０５４３】
表１１に実施例９のレンズデータを示す。【０５４４】
表１１及び後述する表１２において、ｒｉは各面の近軸局率半径（単位：ｍｍ），ｄｉ（４０７ｎｍ）、ｄｉ（６５５ｎｍ）、ｄｉ（７８５ｎｍ）は、ぞれぞれ、ＨＤ使用時、ＤＶＤ使用時、ＣＤ使用時における各面の面間隔（単位：ｍｍ）を表し、ｎｉ（４０７ｎｍ）、ｎｉ（６５５ｎｍ）、ｎｉ（７８５ｎｍ）は、それぞれ、波長λ１、波長λ２、波長λ３における屈折率を表す。また、回折次数ａ／ｂ／ｃは、その回折構造で発生する波長λ１の回折光の回折次数がａ次、波長λ２の回折光の回折次数がｂ次、波長λ３の回折光の回折次数がｃ次であることを表す。また、回折効率（スカラー計算）Ａ／Ｂ／Ｃは、その回折構造で発生する波長λ１の回折光のスカラー計算による回折効率がＡ％、波長λ２の回折光のスカラー計算による回折効率がＢ％、波長λ３の回折光のスカラー計算による回折効率がＣ％であることを表す。【０５４５】
【表１１】
2005117001.tif 000016
【０５４６】
表１１に示すように、本実施例の対物光学系は、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学系であり、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．６ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．６６ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝２．６８ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０５４７】
また、第１光学素子を構成する材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．４５、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６０、材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．６、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２７、第２光学素子を構成する材料のｄ線における屈折率ｎｄ＝１．４５、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６０に設定されている。【０５４８】
第１光学素子の材料Ａと材料Ｂとの境界面は、光軸を中心とした高さｈが０ｍｍ≦ｈ≦１．３５５ｍｍの第３面と、１．３５５ｍｍ＜ｈの第３´面に区分されている。【０５４９】
また、第１光学素子の入射面（第２面）、第３面及び第３´面は、通過光束に対して屈折力を持たない平面であり、第２光学素子の入射面（第５面）及び出射面（第６面）は、次式（数１）に表１１に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。【０５５０】
【数１】
2005117001.tif 000017
【０５５１】
ここで、ｘは光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ２ｉは非球面係数である。【０５５２】
また、第２面には波長λ１と波長λ３の差に起因する球面収差を補正するための回折構造ＤＯＥ（第２位相構造）が形成されており、第３面には第１位相構造ＨＯＥが形成されている。回折構造ＤＯＥ及び第１位相構造ＨＯＥは、この構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、ｈ（ｍｍ）を光軸に垂直な方向の高さ、Ｃ２ｉを光路差関数係数、ｎを入射光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数、λ（ｎｍ）を回折構造に入射する光束の波長、λＢ（ｎｍ）を回折構造の製造波長（ブレーズ化波長）とするとき、次の数２式に表１１に示す係数を代入して定義される光路差関数φ（ｈ）（ｍｍ）で表される。【０５５３】
【数２】
2005117001.tif 000018
【０５５４】
なお、回折構造ＤＯＥのブレーズ化波長λＢは４０７ｎｍであり、第１位相構造ＨＯＥのブレーズ化波長λＢは７８５ｎｍである。
〔実施例１０〕
表１２に実施例１０のレンズデータを示す。【０５５５】
【表１２】
2005117001.tif 000019
【０５５６】
表１２に示すように、本実施例の対物光学系は、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学系であり、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．６ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．６９ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝２．７８ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０５５７】
また、第１光学素子を構成する材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．４５、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６０、材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．６０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２７、第２光学素子を構成する材料のｄ線における屈折率ｎｄ＝１．４５、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６０に設定されている。【０５５８】
第１光学素子の材料Ａと材料Ｂとの境界面は、光軸を中心とした高さｈが０ｍｍ≦ｈ≦１．３９４ｍｍの第３面と、１．３９４ｍｍ＜ｈの第３´面に区分されている。【０５５９】
また、第１光学素子の入射面（第２面）、第３面及び第３´面は、通過光束に対して屈折力を持たない平面であり、第２光学素子の入射面（第５面）及び出射面（第６面）は、上記数１に表１２に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。【０５６０】
また、第５面には波長λ１の波長領域での色収差を補正するための回折構造ＤＯＥ（第３位相構造）が形成されており、第３面には第１位相構造ＨＯＥが形成されている。回折構造ＤＯＥ及び第１位相構造ＨＯＥは、この構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、ｈ（ｍｍ）を光軸に垂直な方向の高さ、Ｃ２ｉを光路差関数係数、ｎを入射光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数、λ（ｎｍ）を回折構造に入射する光束の波長、λＢ（ｎｍ）を回折構造の製造波長（ブレーズ化波長）とするとき、上記数２式に表１２に示す係数を代入して定義される光路差関数φ（ｈ）（ｍｍ）で表される。【０５６１】
なお、回折構造ＤＯＥのブレーズ化波長λＢは４０７ｎｍであり、第１位相構造ＨＯＥのブレーズ化波長λＢは７８５ｎｍである。
〔実施例１１〕
表１３に実施例１１のレンズデータを示す。【０５６２】
表１３及び後述する表１４において、ｒ（ｍｍ）は各面の近軸局率半径、ｄ（ｍｍ）は各面の面間隔、ｎ４０５、ｎ６５５、ｎ７８５、ｎｄは、それぞれ、波長λ１、波長λ２、波長λ３、ｄ線における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表す。ｎＢＤ、ｎＤＶＤ、ｎＣＤは、それぞれ、その回折構造で発生する波長λ１の回折光の回折次数、波長λ２の回折光の回折次数、波長λ３の回折光の回折次数を表す。また、λＢはその回折構造の製造波長（ブレーズ化波長）を表す。【０５６３】
【表１３−１】
2005117001.tif 000020
【０５６４】
【表１３−２】
2005117001.tif 000021
【０５６５】
本実施例においては図３０に示した対物光学系を用いている。この対物光学系はＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用であり、波長λ１＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．２００ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．２７８ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝２．４１９ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０５６６】
また、第１光学素子を構成する材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５０９１４０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝５６．４、材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．６３００００、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２７．０、第２光学素子を構成する材料のｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５８９１３０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６１．３に設定されている。【０５６７】
第１光学素子の入射面（第１面）、第１光学素子の材料Ａと材料Ｂとの境界面（第２面）及び第１光学素子の出射面（第３面）は、通過光束に対して屈折力を持たない平面であり、第２光学素子の入射面（第４面）及び出射面（第５面）は、上記数１に表１３に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。【０５６８】
また、第２面には第１位相構造ＨＯＥ１が形成されており、第１面には第２位相構造ＨＯＥ２が形成されている。第１位相構造ＨＯＥ１及び第２位相構造ＨＯＥ２は、この構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、上記数２式に表１３に示す係数を代入して定義される光路差関数φ（ｈ）（ｍｍ）で表される。
〔実施例１２〕
表１４に実施例１２のレンズデータを示す。【０５６９】
【表１４−１】
2005117001.tif 000022
【０５７０】
【表１４−２】
2005117001.tif 000023
【０５７１】
本実施例においては図３１に示した対物光学系を用いている。この対物光学系はＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用であり、波長λ１＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．２００ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．２７４ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝２．４３４ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０５７２】
また、第１光学素子を構成する材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５０９１４０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝５６．４、材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．６３００００、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２７．０、第２光学素子を構成する材料のｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５８９１３０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６１．３に設定されている。【０５７３】
第１光学素子の入射面（第１面）、第１光学素子の材料Ａと材料Ｂとの境界面（第２面）は、通過光束に対して屈折力を持たない平面であり、第１光学素子の出射面（第３面）、第２光学素子の入射面（第４面）及び出射面（第５面）は、上記数１に表１４に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。【０５７４】
また、第２面には第１位相構造ＨＯＥ１が形成されており、第１面には第２位相構造ＨＯＥ２が形成されており、第３面には第３位相構造ＤＯＥ３が形成されている。【０５７５】
第１位相構造ＨＯＥ１、第２位相構造ＨＯＥ２及び第３位相構造ＤＯＥ３は、この構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、上記数２式に表１４に示す係数を代入して定義される光路差関数φ（ｈ）（ｍｍ）で表される。
［第７の実施の形態］
以下、本発明の第７の実施の形態について図面を用いて説明するが、上記第１の実施の形態と同一の構成となる箇所については説明を省略する。【０５７６】
本実施形態における対物レンズユニット（対物光学系）ＯＵは、図３２に概略的に示すように、回折光学素子（第1光学素子）ＳＡＣと、平行光束の状態で入射する第１光束とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計された対物レンズＯＬが、鏡枠Ｂを介して同軸で一体化された構成を有する。具体的には、円筒状の鏡枠Ｂの一端に回折光学素子ＳＡＣを嵌合固定し、他端に対物レンズＯＬを嵌合固定して、これらを光軸Ｘに沿って同軸に一体化した構成となっている。【０５７７】
尚、本実施形態においては、回折光学素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとを鏡枠Ｂを介して一体化したが、回折光学素子ＳＡＣと対物レンズＯＬを一体化する場合には、回折光学素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとの、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていればよく、上述のように鏡枠Ｂを介する方法以外に、回折光学素子ＳＡＣと対物レンズＯＬのそれぞれのフランジ部同士を嵌合固定する方法であってもよい。【０５７８】
このように回折光学素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとの、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていることで、フォーカシングやトラッキングの際の収差の発生を抑制でき、良好なフォーカシング特性、或いはトラッキング特性を得ることができる。【０５７９】
次に、回折光学素子ＳＡＣの構成とその収差補正の原理について説明する。図３２に示すように、回折光学素子ＳＡＣは、樹脂レンズであるベースレンズＢＬ（第１部材）と、このベースレンズＢＬの表面に紫外線硬化樹脂である樹脂層ＵＶ（第２部材）を積層した構成を有しており、ベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶの境界面には輪帯状の段差を有する第１回折構造ＤＯＥ１（位相構造）が形成されると共に、ベースレンズＢＬの光学面のうち、境界面とは反対側の光学面には第２回折構造ＤＯＥ２が形成されている。【０５８０】
尚、これ以降、第１回折構造ＤＯＥ１が形成された上記境界面を第１回折面とよび、第２回折構造ＤＯＥ２が形成されたベースレンズＢＬの光学面を第２回折面とよぶことがある。【０５８１】
アッベ数（分散）が互いに異なるベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶの境界面に形成された第１回折構造ＤＯＥ１の回折効率η（λ）は、波長λと、この波長λにおけるベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶとの屈折率の差Δｎ（λ）と、第１回折構造ＤＯＥ１の段差ｄと、回折次数Ｍ（λ）の関数として、以下の（６１）式で表される。【０５８２】
η（λ）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ（λ）／λ］−Ｍ（λ）］                    （６１）
但し、ｓｉｎｃ（Ｘ）＝ｓｉｎ（πＸ）／（πＸ）であり、η（λ）の値は、［    ］内が整数に近いほど１に近い値をとる。【０５８３】
ＨＤに使用する第１波長λ１における屈折率の差をΔｎ１、第１光束の回折光の回折次数をＭ１、ＤＶＤに使用する第２波長λ２における屈折率の差をΔｎ２、第２光束の回折光の回折次数をＭ２、ＣＤに使用する第３波長λ３における屈折率の差をΔｎ３、第３光束の回折光の回折次数をＭ３とすると、それぞれの波長における回折効率η（λ１）、η（λ２）、η（λ３）は、以下の（６２）乃至（６４）式で表される。【０５８４】
η（λ１）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ１／λ１］−Ｍ１］                        （６２）
η（λ２）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ２／λ２］−Ｍ２］                        （６３）
η（λ３）＝ｓｉｎｃ２［［ｄ・Δｎ３／λ３］−Ｍ３］                        （６４）
各々の波長において回折効率を高く確保するためには、（６２）式乃至（６４）式の、それぞれの［    ］内が整数に近い値となるように、屈折率の差Δｎｉ（ｉは１、２、３の何れか）を有する（つまりアッベ数の差Δνｄを有する）ベースレンズＢＬ及び樹脂層ＵＶと、段差ｄと、回折次数Ｍｉ（ｉは１、２、３の何れか）を選べばよいことになる。【０５８５】
本実施の形態の回折光学素子ＳＡＣでは、｜Δνｄ｜＝２６．７、｜Δｎ１｜＝０．０２９７、｜Δｎ２｜／｜Δｎ１｜＝１．５３、｜Δｎ３｜／｜Δｎ１｜＝１．６１、｜Δｎ３｜／｜Δｎ２｜＝１．０５となるような材料をベースレンズＢＬ及び樹脂層ＵＶの材料として選択し、第１回折構造ＤＯＥ１の段差をｄ＝１５．０６μｍに設定しているので、何れの波長の光束に対しても１次回折光が発生する（Ｍ１＝Ｍ２＝Ｍ３＝１）。第１光束と第３レーザ光束に対して１次回折光が発生するように第１回折構造ＤＯＥ１の段差を設定したことで、第１光束の回折光の回折角と第３光束の回折光の回折角とに差を持たせることが出来るので、ＨＤとＣＤの保護層の厚さの違いに起因する球面収差を補正することが可能である。更に、ベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶとに（５１）式を満たすようなアッベ数の差を持たせることで、何れの波長の光束に対しても高い回折効率を確保することが可能となる。以上のように、本発明の回折光学素子ＳＡＣでは、従来技術では困難であった青紫色レーザ光束（第１光束）と赤外レーザ光束（第３光束）の球面収差補正効果と透過率確保の両立が可能である。尚、第１回折構造ＤＯＥ１は負の回折パワーを有しており、第１回折構造ＤＯＥ１に入射した第１乃至第３光束は第１回折構造ＤＯＥ１により発散作用を受ける。【０５８６】
また、上述の（８）乃至（１０）からわかるように、第１回折構造ＤＯＥ１の回折効率は、ベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶとの屈折率の差Δｎｉ（ｉ＝１，２，３）に依存する。従って、光ピックアップ装置ＰＵの動作中に、屈折率の差Δｎｉ（ｉ＝１，２，３）が設計値から変化すると、情報記録面上に集光されたスポットの強度が変化するため、光検出器ＰＤ上による信号検出が不安定になり、記録／再生特性が劣化する。【０５８７】
一般的に、光学ガラスの温度変化に伴う屈折率変化率ｄｎ／ｄＴは、光学樹脂のそれに比べて一桁小さい。ここで、ベースレンズＢＬがガラスレンズである場合には、アクチュエータＡＣ１の発熱や環境温度の変化に伴い発生する樹脂層ＵＶの屈折率変化が、ベースレンズＢＬの屈折率変化よりも一桁大きいため、屈折率の差Δｎｉ（ｉ＝１，２，３）の設計値からの変化が大きくなり、第１回折構造ＤＯＥ１の回折効率変動が大きいという課題が顕在化する。【０５８８】
然るに、本実施の形態の回折光学素子ＳＡＣでは、ベースレンズＢＬを樹脂製としているため（即ち、ベースレンズＢＬの温度変化に伴う屈折率変化率（ｄｎ／ｄＴ）１と樹脂層ＵＶの温度変化に伴う屈折率変化率（ｄｎ／ｄＴ）２は、上記（５２）式を満たす）、ガラスレンズと比べて、温度変化に伴う屈折率変化率ｄｎ／ｄＴは大きくなるものの、樹脂層ＵＶと同符号で、且つ、絶対値がほぼ同じ屈折率変化を起こすので、ベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶとの屈折率の差Δｎｉ（ｉ＝１，２，３）はほぼ一定に保たれる。従って、温度変化時にも回折効率の変動が小さく、常に安定した記録／再生を行うことが可能となる。【０５８９】
また、第２回折構造ＤＯＥ２は、ＨＤとＤＶＤの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正するための構造であり、青紫色レーザ光束と赤外レーザ光束を回折せず、赤色レーザ光束のみを選択的に回折する回折作用の波長依存性を有している。【０５９０】
ここで、第２回折構造ＤＯＥ２における回折光発生と収差補正の原理について説明する。第２回折構ＤＯＥ２は、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を含む階段状のパターンが同心円上に配列された構造であって、所定のレベル面の個数毎（図３２では５レベル毎）に、そのレベル面数に対応した段数分（図３２では４段）の高さだけ段をシフトさせたものである。ここで、階段構造の１つの段差Δは、Δ＝２・λ１／（ｎ１ＢＬ−１）≒１．２・λ２／（ｎ２ＢＬ−１）≒１・λ３／（ｎ３ＢＬ−１）を満たす高さに設定されている。ここで、ｎ１ＢＬは第１波長λ１におけるベースレンズＢＬの屈折率であり、ｎ２ＢＬは第２波長λ２におけるベースレンズＢＬの屈折率であり、ｎ３ＢＬは第３波長λ３におけるベースレンズＢＬの屈折率である。【０５９１】
この段差Δにより生じる光路差は第１波長λ１の２倍であり、かつ第３波長λ３の１倍であるので、第１光束と第３光束は回折構造ＤＯＥ２により何ら作用を受けずにそのまま透過する。【０５９２】
一方、この段差Δにより生じる光路差は第２波長λ２の１．２倍であるので、段差の前後のレベル面を通過する第２光束の位相は２π／５だけずれることになる。１つの鋸歯は５分割されているため、鋸歯１つ分ではちょうど第２光束の位相のずれは５×２π／５＝２πとなり、１次回折光が発生する。このように第２光束のみを選択的に回折させることでＨＤとＤＶＤの保護層の厚さの違いに起因する球面収差を補正することが可能である。尚、第２回折構造ＤＯＥ２における各波長の光束の回折効率は、第１光束（非回折光）が１００．０％、第２光束（１次回折光）が８７．５％、第３光束（非回折光）が１００％であり、何れの波長の光束に対しても高い回折効率が確保出来ている。また、第２回折構造ＤＯＥ２は正の回折パワーを有しており、第２回折構造ＤＯＥ２に入射した第２光束は第２回折構造ＤＯＥ２により集光作用を受ける。【０５９３】
平行光束の状態で回折光学素子ＳＡＣに入射する第１光束は、第２回折面をそのまま透過し、第１回折面で発散作用（１次回折）を受けるが、同時に、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層ＵＶの光学面の屈折作用により収束作用を受けることで、第１回折面での発散作用と、この収束作用が相殺し、第１光束は平行光束の状態で対物レンズＯＬに入射する。対物レンズＯＬに入射した第１光束は対物レンズＯＬにより収束作用を受けて、ＨＤの情報記録面ＲＬ１上に集光する。【０５９４】
また、平行光束の状態で回折光学素子ＳＡＣに入射する第３光束も第２回折面をそのまま透過し、第１回折面で発散作用（１次回折）を受ける。回折角は波長に比例して大きくなるため、第１回折面で第３光束が受ける発散作用は、第１光束の発散作用よりも大きい。この結果、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層ＵＶの光学面の収束作用を受けたあとでも、第３光束は発散光束の状態で対物レンズＯＬに入射する。設計倍率がゼロである対物レンズＯＬに対して、第３光束が発散光束の状態で入射すると、補正不足方向の球面収差が発生する。この補正不足方向の球面収差と、ＨＤとＣＤの保護層の厚さの違いに起因して発生する補正過剰方向の球面収差とが相殺し合い、第３光束は球面収差が補正された状態でＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光する。【０５９５】
また、平行光束の状態で回折光学素子ＳＡＣに入射する第２光束も第２回折面により集光作用（１次回折）をうけた後、第１回折面で発散作用（１次回折）を受ける。回折角は波長に比例して大きくなるため、第１回折面で第２光束が受ける発散作用は、第１光束の発散作用よりも大きく、第３光束の発散作用よりも小さい。この結果、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層ＵＶの光学面の集光作用を受けた後、第２光束は、第３光束よりも弱い発散光束の状態で対物レンズＯＬに入射する。設計倍率がゼロである対物レンズＯＬに対して、第２光束が発散光束の状態で入射すると、補正不足方向の球面収差が発生する。この補正不足方向の球面収差と、ＨＤとＤＶＤの保護層の厚さの違いに起因して発生する補正過剰方向の球面収差とが相殺し合い、第２光束は球面収差が補正された状態でＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に集光する。【０５９６】
また、エキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズＥＸＰ１は、１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に変移可能とされており、それぞれの波長の光束が平行光束の状態でエキスパンダーレンズＥＸＰから射出されるように、エキスパンダーレンズＥＸＰの焦点距離を調整することが可能である。【０５９７】
更に、エキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズＥＸＰ１を１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動させて、対物レンズユニットＯＵの倍率を変化させることで、ＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。第１レンズＥＸＰ１の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物レンズＯＬ系の屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、ＨＤの保護層の製造誤差による厚みバラツキや厚み分布、等である。尚、第１レンズＥＸＰ１の代わりに、第２レンズＥＸＰ２を光軸方向に駆動させる構成としても良い。また、エキスパンダーレンズＥＸＰは、第１乃至第３光束の共通光路中に配設されているので、ＨＤに対する情報の記録／再生時だけではなく、ＤＶＤ、更にはＣＤに対する情報の記録／再生時にも情報記録面上に形成された球面収差を補正することが可能である。【０５９８】
また、光源波長が短いＨＤでは対物レンズユニットＯＵの色収差が問題となる場合があるが、色収差が問題になる場合には、第１コリメートレンズＣＯＬ１やエキスパンダーレンズＥＸＰに、対物レンズユニットＯＵの色収差を補正する機能を持たせるのが好ましい。具体的には、第１コリメートレンズＣＯＬ１やエキスパンダーレンズＥＸＰの光学面上に回折構造を持たせたり、アッベ数が大きい正レンズとアッベ数が小さい負レンズとの接合レンズを使用することでかかる色収差補正機能を持たせることができる。【０５９９】
また、本実施形態においては、第１の発光点ＥＰ１と第２の発光点ＥＰ２とを一つのチップ上に形成したＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットＬＵを用いることとしたが、これに限らず、更にＨＤ用の波長４０５ｎｍのレーザ光束を射出する発光点も同一のチップ上に形成したＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用の１チップレーザ光源ユニットを用いても良い。或いは、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザと赤外半導体レーザの３つのレーザ光源を１つの筐体内に納めたＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用の１キャンレーザ光源ユニットを用いても良い。【０６００】
また、本実施形態においては、光源と光検出器ＰＤとを別体に配置する構成としたが、これに限らず、光源と光検出器とを集積化したレーザ光源モジュールを用いても良い。【０６０１】
また、図示は省略するが、上記実施の形態に示した光ピックアップ装置ＰＵ、光ディスクを回転自在に保持する回転駆動装置、これら各種装置の駆動を制御する制御装置を搭載することで、光ディスクに対する光情報の記録及び光ディスクに記録された情報の再生のうち少なくとも一方の実行が可能な光ディスクドライブ装置を得ることが出来る。【０６０２】
また、第２回折構造ＤＯＥ２は、ＤＶＤの開口数ＮＡ２内にのみ形成されているので、ＮＡ２より外側の領域を通過する光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上でフレア成分となり、ＤＶＤに対する開口制限が自動的に行われる構成となっている。【０６０３】
また、図示は省略したが、光ピックアップ装置ＰＵは、ＣＤ用の開口制限フィルターを備えており、この開口制限フィルターによりＣＤの開口数ＮＡ１に対応した開口制限が行われる。
〔実施例１３〕
回折光学素子ＳＡＣと対物レンズＯＬとから構成される対物レンズユニットＯＵの具体的な数値実施例（実施例１３）を例示する。回折光学素子ＳＡＣは、紫外線硬化樹脂からなる樹脂層と樹脂製のベースレンズとを積層した構成を有し、ベースレンズと樹脂層の境界面には回折構造ＤＯＥ１が形成され、ベースレンズの光源側の光学面には位相構造としての回折構造ＤＯＥ２が形成されている。また、対物レンズＯＬは、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計されたガラスレンズ（ＨＯＹＡ社製ＢＡＣＤ５）であるが、プラスチックレンズとしても良い。【０６０４】
本実施例のレンズデータを表１５に示す。本数値実施例では、回折構造ＤＯＥ１及びＤＯＥ２により入射光束に付加される光路差を光路差関数で表している。【０６０５】
【表１５−１】
2005117001.tif 000024
【０６０６】
【表１５−２】
2005117001.tif 000025
【０６０７】
本実施例において、光密度光ディスクＨＤ使用時の焦点距離は２．２ｍｍ、光密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１は０．８５、ＤＶＤの開口数ＮＡ２は０．６５、ＣＤの開口数ＮＡ３は０．５０である。また、表１５において、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）はレンズ間隔、ｎ４０５、ｎ６５５、ｎ７８５は、それぞれ、第１波長λ１（＝４０５ｎｍ）、第２波長λ２（＝６５５ｎｍ）、第３波長λ３（＝７８５ｎｍ）に対するレンズの屈折率、νｄはｄ線のレンズのアッベ数、ＭＨＤ、ＭＤＶＤ、ＭＣＤは、それぞれ、ＨＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＤＶＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＣＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数である。また、１０のべき乗数（例えば  ２．５×１０−３）を、Ｅ（例えば  ２．５Ｅ―３）を用いて表すものとする。【０６０８】
ベースレンズと樹脂層の境界面（第２面）、樹脂層の光ディスク側の光学面（第３面）、対物レンズＯＬの光源側の光学面（第４面）、光ディスク側の光学面（第５面）はそれぞれ非球面形状であり、この非球面は、次の非球面形状式に表中の係数を代入した数式で表される。
［非球面表現式］
ｚ＝（ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（Κ＋１）（ｙ／Ｒ）２｝］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０＋Ａ１２ｙ１２＋Ａ１４ｙ１４＋Ａ１６ｙ１６＋Ａ１８ｙ１８＋Ａ２０ｙ２０
但し、
ｚ：非球面形状（非球面の面頂点に接する平面から光軸に沿った方向の距離）
ｙ：光軸からの距離
Ｒ：曲率半径
Κ：コーニック係数
Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０，Ａ１２，Ａ１４，Ａ１６，Ａ１８，Ａ２０：非球面係数
また、回折構造ＤＯＥ１及びＤＯＥ２は、各回折構造により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、次の光路差関数を表す式に表１５中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
［光路差関数］
φ＝Ｍ×λ／λＢ×（Ｂ２ｙ２＋Ｂ４ｙ４＋Ｂ６ｙ６＋Ｂ８ｙ８＋Ｂ１０ｙ１０）但し、φ：光路差関数λ：回折構造に入射する光束の波長λＢ：製造波長Ｍ：光ディスクに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数ｙ：光軸からの距離Ｂ２，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ８，Ｂ１０：回折面係数
尚、本実施例の対物レンズユニットＯＵの設計温度は２５℃である。表１６に回折構造ＤＯＥ１の温度変化時（ΔＴ＝±３０℃）の回折効率を示す。表１６では、計算パラメータとして、ベースレンズＢＬと樹脂層ＵＶの温度変化に伴う屈折率変化のみを考慮し、ベースレンズＢＬの温度変化に伴う屈折率変化率を（ｄｎ／ｄＴ）１＝−１０×１０−５（／℃）とし、樹脂層ＵＶの温度変化に伴う屈折率変化率を（ｄｎ／ｄＴ）２＝−１２×１０−５（／℃）とした。【０６０９】
また、表１７にベースレンズＢＬをガラスレンズとした場合の回折構造ＤＯＥ１の温度変化時（ΔＴ＝±３０℃）の回折効率を示す。表１７では、計算パラメータとして、ベースレンズＢＬの温度変化に伴う屈折率変化率を、光学樹脂よりも一桁小さい、（ｄｎ／ｄＴ）１＝−３×１０−５（／℃）としている。尚、樹脂層ＵＶの温度変化に伴う屈折率変化率は表１６と同じとした。【０６１０】
【表１６】
2005117001.tif 000026
【０６１１】
【表１７】
2005117001.tif 000027
【０６１２】
表１６と表１７とを比較すると明らかなように、（５３）式を満たす本実施例の回折光学素子ＳＡＣでは、±３０℃の温度変化が起きた場合でも回折効率の変化は、±２％以下に抑えられており、常に安定した記録／再生を行うことが可能である。一方、ベースレンズＢＬをガラスレンズとした場合は、＋３０℃の温度上昇に伴い、４０５ｎｍでの回折効率が約１０％も低下してしまい、安定した記録／再生を行うことが困難である。
〔第８の実施の形態〕
以下、図を参照して第８の実施の形態について詳細に説明する。【０６１３】
図３４は、ＨＤ（第１光情報記録媒体）とＤＶＤ（第２光情報記録媒体）とＣＤ（第３光情報記録媒体）との何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置ＰＵの構成を概略的に示す図である。ＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０７ｎｍ、保護層（保護基板）ＰＬ１の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．６５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．５１である。【０６１４】
但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。また、第１光情報記録媒体として、保護層ＰＬ１の厚さｔ１が０．０８７５ｍｍ程度のＢＤを用いても良い。【０６１５】
また、本実施の形態における対物レンズＯＢＪでは、波長λ１の第１光束及び波長λ２の第２光束が平行光として入射し、第３光束が発散光として入射する構成となっている。【０６１６】
光ピックアップ装置ＰＵは、ＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０７ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）、第１光束用の光検出器ＰＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する赤色半導体レーザＬＤ２（第２光源）、第１光束及び第２光束共用の光検出器ＰＤ１、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する赤外半導体レーザＬＤ３（第３光源）と第３光束用の光検出器ＰＤ２とが一体化されたホログラムレーザーＨＧ、第１〜第２光束が通過するカップリングレンズＣＵＬ、位相構造としての回折構造が形成され、レーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２，ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面の対物レンズＯＢＪ、対物レンズＯＢＪを所定の方向に移動させる２軸アクチュエータ（図示せず）、第１ビームスプリッターＢＳ１、第２ビームスプリッターＢＳ２、第３ビームスプリッターＢＳ３、絞りＳＴＯ等から構成されている。【０６１７】
光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図３４において実線でその光線経路を描いたように、まず、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、第１〜第３ビームスプリッターＢＳ１〜３を通過し、カップリングレンズＣＵＬに至る。【０６１８】
そして、カップリングレンズＣＵＬを透過する際に第１光束は平行光に変換され、絞りＳＴＯを通過して、対物レンズＯＢＪに至り、対物レンズＯＢＪによって第１保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータによってフォーカシングやトラッキングを行う。【０６１９】
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、カップリングレンズＣＵＬ、第３ビームスプリッターＢＳ３、第２ビームスプリッターＢＳ２を通過し、第１ビームスプリッターＢＳ１で分岐され、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いてＨＤに記録された情報を読み取ることができる。【０６２０】
また、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図３４において点線でその光線経路を描いたように、まず、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第２ビームスプリッターＢＳ２で反射され、第３ビームスプリッタＢＳ３を通過して、カップリングレンズＣＵＬに至る。【０６２１】
そして、カップリングレンズＣＵＬを透過する際に第２光束は平行光に変換され、絞りＳＴＯを通過して、対物レンズＯＢＪに至り、対物レンズＯＢＪによって第２保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータによってフォーカシングやトラッキングを行う。【０６２２】
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、対物レンズＯＢＪ、カップリングレンズＣＵＬ、第３ビームスプリッターＢＳ３、第２ビームスプリッターＢＳ２を通過し、第１ビームスプリッターＢＳ１で分岐され、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。【０６２３】
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図３４において一点鎖線でその光線経路を描いたように、まず、ホログラムレーザーＨＧの赤外半導体レーザＬＤ３を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束は、第３ビームスプリッターＢＳ２で反射して、カップリングレンズＣＵＬに至る。【０６２４】
そして、カップリングレンズＣＵＬを透過する際に第３光束は発散光に変換され、絞りＳＴＯを通過して、対物レンズＯＢＪに至り、対物レンズＯＢＪによって第３保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータによってフォーカシングやトラッキングを行う。【０６２５】
情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、対物レンズＯＢＪ、カップリングレンズＣＵＬを通過し、第３ビームスプリッターＢＳ３で分岐され、ホログラムレーザーＨＧの光検出器ＰＤ３の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ３の出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。【０６２６】
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。【０６２７】
対物光学系は、図３５に概略的に示すように、ｄ線に対するアッベ数νｄが４０≦νｄ≦７０の材料（以下、「材料Ａ」という）からなるレンズ部（以下、「第１部材Ｌ１」という）と、ｄ線に対するアッベ数νｄが２０≦νｄ＜４０の材料（以下、「材料Ｂ」という）からなるレンズ部（以下、「第２部材Ｌ２」という）とを光軸方向に積層して構成した単玉のレンズである（例えば、後述する実施例１５に該当する）。【０６２８】
また、第１部材Ｌ１と第２部材Ｌ２との境界面には位相構造として、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンＰが同心円状に配列して構成される回折構造ＨＯＥが形成されている。【０６２９】
回折構造ＨＯＥにおいて、各パターンＰ内に形成された段差Ｓの光軸方向の深さｄ１は、０．８×λ１×Ｋ２／（ｎＢ１−ｎＡ１）≦ｄ１≦１．２×λ１×Ｋ２／（ｎＢ１−ｎＡ１）を満たすように設定されている。【０６３０】
但し、ｎＡ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ａの屈折率、
ｎＢ１：波長λ１の光束に対する前記材料Ｂの屈折率、
Ｋ２：自然数
光軸方向の深さｄ１をこのように設定することで、回折構造ＨＯＥにおいて波長λ１の光束は実質的に位相差を与えられずに透過する。また、波長λ３の光束は、上述したように材料Ａと材料Ｂとの屈折率の差の比が分散が異なることに起因して十分に大きくなるため、回折構造ＨＯＥにおいて実質的に位相差を与えられて回折作用を受ける。【０６３１】
実施例１５におけるレンズデータを引用すると、この回折構造は隣り合う輪帯（段差）間の深さｄ１はｄ＝０．４０７×２／（１．６３６４７３−１．５３４５）＝７．９８［μｍ］に設定されている。従って、この回折構造に波長λ１＝０．４０７［μｍ］の光が入射した場合、隣り合う輪帯により２π×２の位相差が生じ、実質位相差が生じない。つまり、光が高い効率（１００％）で透過する。【０６３２】
回折構造に波長λ３＝０．７８５［μｍ］の光が入射した場合には、隣り合う輪帯によりｄ１×（１．５８４４８８−１．５０３６）／０．７８５＝２π×０．８２３の位相差が生じるが、１周期内５段構成にすると、２π×０．８２３×５＝２π×４．１１となり、整数値に近くなるため高い回折効率（８４％）でもって光が回折する。【０６３３】
また、回折構造に波長λ２＝０．６５５［μｍ］の光が入射した場合には、隣り合う輪帯により２π×ｄ１×（１．５９１９２５−１．５１０１）／０．６５５＝２π×０．９９７の位相差が生じ、実質位相差はないことから高い回折効率（１００％）で透過する。【０６３４】
なお、第１部材と空気層との境界面に、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯で構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状である回折構造ＤＯＥ（図３６を参照）を形成してもよい。【０６３５】
例えば、本実施の形態のように、第１光情報記録媒体と第２光情報記録媒体の保護基板厚が等しい（ｔ１＝ｔ２）場合には、波長λ１と波長λ２との差によって生じる色の球面収差は対物光学系ＯＢＪの少なくとも１つの光学面を屈折面とすることで補正することができる。屈折面で補正する場合には、対物光学系ＯＢＪの少なくとも３つの非球面が必要となる。色の球面収差を回折構造ＤＯＥが形成された回折面で補正する場合には、その回折面に第１光情報記録媒体のモードホップ対応の色収差補正機能も持たせることができる。【０６３６】
以上のように、本実施の形態に示した光ピックアップ装置ＰＵによれば、波長比がほぼ整数比となる関係にある波長λ１の光束（例えば波長λ１＝４０７ｎｍ程度の青紫色レーザ光束）と波長λ３の光束（例えば波長λ３＝７８５ｎｍ程度の赤外レーザ光束）を、回折構造ＨＯＥを利用して互いに異なる角度で出射することができ、例えば球面収差の補正や透過率を確保できる。【０６３７】
なお、本実施形態においては、赤色半導体レーザＬＤ２と赤外半導体レーザＬＤ３とが一体化された光源ユニットＬＵを用いることとしたが、これに限らず、青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）も１つの筐体内に納めたＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用のレーザ光源ユニットを用いても良い。【０６３８】
光学ガラス上に光学樹脂を積層する方法としては、位相構造をその表面上に形成した光学ガラスを金型として、その光学ガラス上に光学樹脂を成形することで積層させる方法（所謂、インサート成形）があるが、他にも、位相構造をその表面上に形成した光学ガラス上に紫外線硬化樹脂を積層させた後、紫外線を照射することで硬化させる方法が製造上適している。この方法であれば、紫外線硬化樹脂のもう一方の面は平面であることが望ましい。【０６３９】
また、位相構造をその表面上に形成した光学ガラスを作製する方法として、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して、光学ガラス基板上に直接位相構造を形成する方法や、位相構造を形成したモールド（金型）を作製して、そのモールドのレプリカとして表面に位相構造が形成された光学ガラスを得る、所謂モールド成形が大量生産には適している。尚、位相構造が形成されたモールドを作製する方法としては、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して位相構造を形成する方法でもよいし、精密旋盤により位相構造を機械加工する方法でもよい。【０６４０】
以上の発明において、波長λ１、λ２、λ３、保護基板厚ｔ１、ｔ２、ｔ３の好ましい範囲は以下の通りである。【０６４１】
３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ
６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ
７５０ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ
０．０ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ
０．４ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ
０．９ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ
また更に、それぞれの好ましい範囲は以下の通りである。【０６４２】
３９０ｎｍ≦λ１≦４１５ｎｍ
６３５ｎｍ≦λ２≦６７０ｎｍ
７７０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ
０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ
１．１ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ
次に、上記実施の形態で示した対物光学系の実施例について説明する。
［実施例１４］
本実施例の対物光学系は、図３７に示すように、光源側から第２部材Ｌ２、第１部材Ｌ１の順に積層されて構成されており、第２部材と第１部材との境界面には位相構造としての鋸歯状の回折構造ＤＯＥが形成されている。【０６４３】
表１８に実施例１４のレンズデータを示す。【０６４４】
【表１８】
2005117001.tif 000028
【０６４５】
表１８に示すように、本実施例の対物光学系は、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学系であり、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．１１ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝３．１３ｍｍ、倍率ｍ３＝−１／１９．７に設定されている。【０６４６】
また、第１部材Ｌ１を構成する材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５１４０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝４２．８、第２部材Ｌ２を構成する材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５９８０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝３８．０に設定されている。【０６４７】
また、第２部材の入射面（第２面）、第２部材と第１部材との境界面（第３面）及び第１部材の出射面（第４面）は、次式（数３）に表１８に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。【０６４８】
【数３】
2005117001.tif 000029
【０６４９】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ２ｉは非球面係数、ｈ（ｍｍ）は光軸に垂直な方向の高さ、ｒは曲率半径である。【０６５０】
また、第３面には回折構造ＤＯＥが形成されている。回折構造ＤＯＥは、この構造により透過波面に付加される光路長で表される。かかる光路差は、Ｃ２ｉを光路差関数係数、ｎを入射光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数、λ（ｎｍ）を回折構造に入射する光束の波長、λＢ（ｎｍ）を回折構造の製造波長（ブレーズ化波長）とするとき、次の数４式に表１８に示す係数を代入して定義される光路差関数φ（ｈ）（ｍｍ）で表される。【０６５１】
【数４】
2005117001.tif 000030
【０６５２】
なお、回折構造ＤＯＥの製造波長λＢは４７０ｎｍである。【０６５３】
［実施例１５］
本実施例の対物光学系は、図３８に示すように、光源側から第２部材Ｌ２、第１部材Ｌ１の順に積層されて構成されており、第２部材と第１光部材との境界面には位相構造としての回折構造ＨＯＥが形成されている。【０６５４】
表１９に実施例３のレンズデータを示す。【０６５５】
【表１９】
2005117001.tif 000031
【０６５６】
表１９に示すように、本実施例の対物光学系は、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学系であり、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．２４ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝３．２４ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０６５７】
また、第１部材Ｌ１を構成する材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５１４０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝４２．８、第２部材Ｌ２を構成する材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５９８０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２８．０に設定されている。【０６５８】
また、第２部材と第１部材との境界面は、光軸を中心とした高さｈが０ｍｍ≦ｈ≦１．２８７ｍｍの第３面と、１．２８７ｍｍ＜ｈの第３´面に区分されている。【０６５９】
第２部材の入射面（第２面）、第３面、第３´面及び第１部材の出射面（第４面）は非球面に形成されている。【０６６０】
また、第３面には回折構造ＨＯＥが形成されている。なお、回折構造ＨＯＥの製造波長λＢは７８５ｎｍである。
［実施例１６］
本実施例の対物光学系は、図１３に示すように、光源側から第２部材Ｌ２、第１部材Ｌ１の順に積層されて構成されており、第２部材と空気層との境界面には位相構造としての回折構造ＨＯＥが形成されている。【０６６１】
表２０に実施例１６のレンズデータを示す。【０６６２】
【表２０】
2005117001.tif 000032
【０６６３】
表２０に示すように、本実施例の対物光学系は、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学系であり、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．１２ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝３．１０ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０６６４】
また、第１部材Ｌ１を構成する材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５８９０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝５９．７、第２部材Ｌ２を構成する材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．６０７２、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２７．６に設定されている。【０６６５】
また、第２部材の入射面は、光軸を中心とした高さｈが０ｍｍ≦ｈ≦１．５８１ｍｍの第２面と、１．５８１ｍｍ＜ｈの第２´面に区分されている。【０６６６】
第２面、第２´面、第２部材と第１部材との境界面（第３面）及び第１部材の出射面（第４面）は非球面に形成されている。【０６６７】
また、第２面には回折構造ＨＯＥが形成されている。なお、回折構造ＨＯＥの製造波長λＢは７８５ｎｍである。
［実施例１７］
本実施例の対物光学系は、図３９に示すように、光源側から第１部材Ｌ１、第２部材Ｌ２の順に積層されて構成されており、第１部材と第２部材との境界面には位相構造としての回折構造ＨＯＥが形成されている。【０６６８】
表２１に実施例１７のレンズデータを示す。【０６６９】
【表２１】
2005117001.tif 000033
【０６７０】
表２１に示すように、本実施例の対物光学系は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学系であり、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．２０ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．２６ｍｍ、倍率ｍ２＝−１／１７．７に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝２．２７ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０６７１】
また、第１部材Ｌ１を構成する材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５３１９、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６６．１、第２部材Ｌ２を構成する材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．６０７２、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２７．６に設定されている。【０６７２】
また、第１部材と第２部材との境界面は、光軸を中心とした高さｈが０ｍｍ≦ｈ≦０．４６２ｍｍの第３面と、０．４６２ｍｍ＜ｈの第３´面に区分されている。【０６７３】
第１部材の入射面（第２面）、第３面、第３´面及び第２部材の出射面（第４面）は非球面に形成されている。【０６７４】
また、第３面には回折構造ＨＯＥが形成されている。なお、回折構造ＨＯＥの製造波長λＢは７８５ｎｍである。
［実施例１８］
本実施例の対物光学系は、図４０に示すように、光源側から第１部材Ｌ１、第２部材Ｌ２の順に積層されて構成されており、第１部材と第２部材との境界面には位相構造としての鋸歯状の回折構造ＤＯＥが形成されている。【０６７５】
表２２に実施例１８のレンズデータを示す。【０６７６】
【表２２】
2005117001.tif 000034
【０６７７】
表２３に示すように、本実施例の対物光学系は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学系であり、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．２０ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．２３ｍｍ、倍率ｍ２＝１／１０．９に設定されおり、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝２．２３ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されてている。【０６７８】
また、第１部材Ｌ１を構成する材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５１４０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝４２．０、第２部材Ｌ２を構成する材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５９８０、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝３８．０に設定されている。【０６７９】
第１部材の入射面（第２面）、第１部材と第２部材との境界面（第３面）及び第２部材の出射面（第４面）は非球面に形成されている。【０６８０】
また、第３面には回折構造ＤＯＥが形成されている。なお、回折構造ＤＯＥの製造波長λＢは４７０ｎｍである。
［実施例１９］
本実施例の対物光学系は、図４１に示すように、光源側から第１部材Ｌ１、第２部材Ｌ２の順に積層されて構成されており、第２部材と空気層との境界面には位相構造としての鋸歯状の回折構造ＤＯＥが形成されており、第１部材と第２部材との境界面にも位相構造としての回折構造ＨＯＥが形成されておりいる。【０６８１】
表２４に実施例１９のレンズデータを示す。【０６８２】
【表２４】
2005117001.tif 000035
【０６８３】
表２４に示すように、本実施例の対物光学系は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学系であり、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．２０ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．３０ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝３．１４ｍｍ、倍率ｍ３＝０に設定されている。【０６８４】
また、第１部材Ｌ１を構成する材料Ａのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．５３１９、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝６６．１、第２部材Ｌ２を構成する材料Ｂのｄ線における屈折率ｎｄ＝１．６０７２、ｄ線におけるアッベ数νｄ＝２７．６に設定されている。【０６８５】
また、第１部材と第２部材との境界面は、光軸を中心とした高さｈが０ｍｍ≦ｈ≦０．７０８ｍｍの第３面と、０．７０８ｍｍ＜ｈの第３´面に区分されている。【０６８６】
第１部材の入射面（第２面）、第３面、第３´面、第２部材の出射面（第４面）は非球面に形成されている。【０６８７】
また、第３面には回折構造ＨＯＥが形成されており、第４面には回折構造ＤＯＥが形成されている。なお、第３面の回折構造ＨＯＥの製造波長λＢは７８５ｎｍであり、第４面の回折構造ＤＯＥの製造波長λＢは４０７ｎｍである。【０６８８】
表２５は、上記実施例１４〜１９に示した対物光学系において、波長λ１、λ２、λ３（図にはそれぞれＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤと表記している。）の各光束が各面を通過する際の回折効率を示すものである。図１８より、上記各実施例に示した対物光学系によれば、波長λ１〜λ３の各光束について高い回折効率を得られることが分かる。【０６８９】
【表２５】
2005117001.tif 000036
【産業上の利用可能性】
【０６９０】
本発明によれば、境界面に形成した回折構造を含む位相構造の作用により、高密度光ディスクＤＶＤとＣＤとの保護層厚みの差による球面収差、或いは、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの使用波長の差による球面収差を良好に補正することができるとともに、４００ｎｍ近傍の青紫色波長領域と、６５０ｎｍ近傍の赤色波長領域と、７８０ｎｍ近傍の赤外波長領域との何れの波長領域においても高い光利用効率が得ることができ、更には、高密度光ディスクに対する設計性能に優れる対物光学系と収差補正素子、この対物光学系と収差補正素子、を使用した光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置を得られる。【０６９１】
本発明によれば、使用光束の波長比がほぼ整数比となる関係にある高密度光ディスクとＣＤとの間で互換を達成すべく、これら２つの光束を位相構造を利用して互いに異なる角度で出射することができ、さらに、いずれの波長の光束に対しても高い透過率を確保できる対物光学系、及びこの対物光学系を搭載した光ピックアップ装置、及びこの光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置（光情報記録媒体用の記録／再生ドライブ）を提供することができる。【０６９２】
本発明によれば、第１材料と第２材料の境界面に形成した輪帯状の段差を有する位相構造の作用により、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの保護層厚みの差による球面収差、或いは、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの使用波長の差による球面収差を良好に補正することができるとともに、４００ｎｍ近傍の青紫色波長領域と、６５０ｎｍ近傍の赤色波長領域と、７８０ｎｍ近傍の赤外波長領域との何れの波長領域においても高い光利用効率が得ることができ、更には、温度変化に伴う位相構造の透過率変化の小さい回折光学素子、この回折光学素子を有する対物光学系、この回折光学素子を有する光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置を得られる。
【図１】
2005117001.tif 000037
【図２】
2005117001.tif 000038
【図３】
2005117001.tif 000039
【図４】
2005117001.tif 000040
【図５】
2005117001.tif 000041
【図６】
2005117001.tif 000042
【図７】
2005117001.tif 000043
【図８】
2005117001.tif 000044
【図９】
2005117001.tif 000045
【図１０】
2005117001.tif 000046
【図１１】
2005117001.tif 000047
【図１２】
2005117001.tif 000048
【図１３】
2005117001.tif 000049
【図１４】
2005117001.tif 000050
【図１５】
2005117001.tif 000051
【図１６】
2005117001.tif 000052
【図１７】
2005117001.tif 000053
【図１８】
2005117001.tif 000054
【図１９】
2005117001.tif 000055
【図２０】
2005117001.tif 000056
【図２１】
2005117001.tif 000057
【図２２】
2005117001.tif 000058
【図２３】
2005117001.tif 000059
【図２４】
2005117001.tif 000060
【図２５】
2005117001.tif 000061
【図２６】
2005117001.tif 000062
【図２７】
2005117001.tif 000063
【図２８】
2005117001.tif 000064
【図２９】
2005117001.tif 000065
【図３０】
2005117001.tif 000066
【図３１】
2005117001.tif 000067
【図３２】
2005117001.tif 000068
【図３３】
2005117001.tif 000069
【図３４】
2005117001.tif 000070
【図３５】
2005117001.tif 000071
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【国際調査報告】
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