(57)【要約】  青紫色レーザ光源を使用する高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤの３種類のディスク間での互換性を有し、光量確保と球面収差補正を両立した対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供する。本発明の対物光学系は、波長λ１〜λ３の光束に対してそれぞれＬ次（Ｌは奇数）、Ｍ次、Ｎ次（Ｍ，Ｎは整数）の回折光が最大の回折効率となるような回折作用を与える第１回折構造と、波長λ１〜λ３の光束のうち１つ又は２つの光束に対して実質的に位相差を与える第１光路差付与構造を備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護基板厚ｔ１の第１光ディスクに対して、第１光源から出射される波長λ１の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ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光ディスクに対して、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の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（ｔ２＜ｔ３）の第３光ディスクに対して、第３光源から出射される波長λ３（λ２＜λ３）の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行うことができる光ピックアップ装置に使用するための対物光学系で、
前記波長λ１の光束に対してＬ次（Ｌは奇数）の回折光が最大の回折効率となる回折作用を与え、前記波長λ２の光束に対してＭ次（Ｍは整数）の回折光が最大の回折効率となる回折作用を与えるとともに、前記波長λ３の光束に対してＮ次（Ｎは整数）の回折光が最大の回折効率となる回折作用を与える第１回折構造、及び
前記波長λ１の光束、前記波長λ２の光束及び前記波長λ３の光束のうち、少なくとも１つの光束に対して実質的に位相差を与えないとともに１つ又は２つの光束に対して実質的に位相差を与える第１光路差付与構造を有す。
【請求項２】
保護基板厚ｔ１の第１光ディスクに対して、第１光源から出射される波長λ１の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ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光ディスクに対して、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の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（ｔ２＜ｔ３）の第３光ディスクに対して、第３光源から出射される波長λ３（λ２＜λ３）の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行うことができる光ピックアップ装置に使用するための対物光学系で、
前記波長λ１の光束に対してＬ次（Ｌは奇数）の回折光が最大の回折効率となるような回折作用を与え、前記波長λ２の光束に対してＭ次（Ｍは整数）の回折光が最大の回折効率となるような回折作用を与えるとともに、前記波長λ３の光束に対してＮ次（Ｎは整数）の回折光が最大の回折効率となるような回折作用を与える第１回折構造、および
前記波長λ１の光束、前記波長λ２光束及び前記波長λ３の光束のうち、１つ又は２つの光束に対して実質的に位相差を与える第１光路差付与構造を有し、
前記波長λ１の光束が入射された際には、前記第１回折構造及び前記第１光路差付与構造を通過して、前記第１光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成し、前記波長λ２の光束が入射された際には、前記第１回折構造及び前記第１光路差付与構造を通過して、前記第２光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成し、前記波長λ３の光束が入射された際には、前記第１回折構造及び前記第１光路差付与構造を通過して、前記第３光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成する。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、前記第１光ディスク、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクに対して情報の再生及び／又は記録を行う場合における前記対物光学系の結像倍率が実質的に同じである。
【請求項４】
請求の範囲第３項に記載の対物光学系において、前記結像倍率が０（ゼロ）である。
【請求項５】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、 前記第１光ディスクに対して情報の再生及び／又は記録を行う際に、前記対物光学系に前記波長λ１の光束が平行光束として入射され、前記第２光ディスクに対して情報の再生及び／又は記録を行う際に、前記対物光学系に前記波長λ２の光束が平行光束として入射され、前記第３光ディスクに対して情報の再生及び／又は記録を行う際に、前記対物光学系に前記波長λ３の光束が平行光束として入射される。
【請求項６】
請求の範囲第２項に記載の対物光学系において、前記第１光路差付与構造は、前記波長λ１の光束、前記波長λ２光束及び前記波長λ３の光束のうち、１つ又は２つの光束に対してのみに実質的に位相差を与える。
【請求項７】
請求の範囲第２項に記載の対物光学系において、前記第１光路差付与構造は、前記波長λ１の光束、前記波長λ２の光束及び前記波長λ３の光束のうち、前記波長λ２の光束に対してのみに実質的に位相差を与え、前記波長λ２の光束が入射された際には、前記第１回折構造及び前記第１光路差付与構造により、前記第２光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成する。
【請求項８】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、 前記第１回折構造は鋸歯状の構造であり、前記第１光路差付与構造は、階段構造を有する輪帯を光軸を中心とした同心円状に複数形成することで構成されている。
【請求項９】
請求の範囲第８項に記載の対物光学系において、前記対物光学系は、１つの光学素子により構成され、又は２つ以上の光学素子を組み合わせて構成され、
前記第１光路差付与構造が形成されている光学素子の前記波長λ１の光束に対する屈折率をｎ１、前記第１光路差付与構造における前記階段構造の光軸方向における段差量をｄ１、前記階段構造の不連続部位の数をｍ１（整数）とし、ｄ＝λ１／（ｎ１−１）としたとき、
８×ｄ≦ｄ１≦２．２×ｄ  且つ、４≦ｍ１≦６
を満たす。
【請求項１０】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、前記第１光路差付与構造は、前記波長λ１の光束、前記波長λ２の光束及び前記波長λ３の光束のうち、前記波長λ２の光束に対してのみ実質的に位相差を与える。
【請求項１１】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３が、
３７０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ
６２０ｎｍ≦λ２≦６９０ｎｍ
７５０ｎｍ≦λ３≦８３０ｎｍ
を満たす。
【請求項１２】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、Ｌ＝Ｍ＝１である。
【請求項１３】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、Ｌ＝Ｍ＝Ｎ＝１である。
【請求項１４】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、Ｌ＝３、Ｍ＝Ｎ＝２である。
【請求項１５】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、前記Ｌ次の回折光の回折効率をη１、前記Ｍ次の回折光の回折効率をη２、及び前記Ｎ次の回折光の回折効率をη３としたとき、η１＞７０％、η２＞７０％及びη３＜８０％を満足する。
【請求項１６】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、前記対物光学系は、光源側に配置される第１光学素子と、光ディスク側に配置される第２光学素子の少なくとも２つの光学素子を組み合わせて構成される。
【請求項１７】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、前記対物光学系は、光源側に配置される第１光学素子と、光ディスク側に配置される第２光学素子の２つの光学素子を組み合わせて構成される。
【請求項１８】
請求の範囲第１６項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光路差付与構造を備え、前記第２光学素子が前記第１回折構造を備える。
【請求項１９】
請求の範囲第１８項に記載の対物光学系において、前記第１光学素子の前記光源側の光学面に前記第１光路差付与構造を備える。
【請求項２０】
請求の範囲第１６項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光路差付与構造及び前記第１回折構造を備える。
【請求項２１】
請求の範囲第２０項に記載の対物光学系において、前記第１光学素子の前記光源側の光学面に前記第１光路差付与構造を備える。
【請求項２２】
請求の範囲第１６項に記載の対物光学系において、前記第１光学素子の焦点距離をｆ１、前記第２光学素子の焦点距離をｆ２としたとき、
｜ｆ１／ｆ２｜＜０．１  且つ  ｜１／ｆ１｜＜０．０２
を満たす。
【請求項２３】
請求の範囲第１６項に記載の対物光学系において、前記第１光学素子の少なくとも１面は近軸の曲率半径がほぼ無限大である。
【請求項２４】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、更に前記波長λ１光束及び前記波長λ２の光束に対して実質的に位相差を与えないとともに前記波長λ３の光束に対して実質的に位相差を与える第２光路差付与構造を有し、
前記第２光路差付与構造は、光軸を中心とした同心円状の輪帯を複数形成することで構成されており、前記波長λ１の光束が前記第２光路差付与構造の各輪帯を通過する際に前記波長λ１のＰ倍の光路差を付与し、前記波長λ２の光束が前記第２光路差付与構造の各輪帯を通過する際に前記波長λ２のＱ倍の光路差を付与するように設定され、
前記ＰとＱの組合せが、（Ｐ，Ｑ）＝（５，３）、（８，５）、（１０，６）の何れかである。
【請求項２５】
請求の範囲第２４項に記載の対物光学系において、前記第２光路差付与構造を光路差関数φ（ｈ）を用いて、
φ（ｈ）＝（Ｂ２×ｈ２＋Ｂ４×ｈ４＋・・・＋Ｂ２ｉ×ｈ２ｉ）×λ×Ｐ
と表し、係数Ｂ２＝０を代入した場合に、
φ（ｈｍａｘ）＞０
を満たす。
但し、ｈは光軸からの高さ、Ｂ２ｉは光路差関数の係数、ｉは自然数、λはブレーズ化波長、ｈｍａｘは前記第１光ディスクに対する光ディスク側の開口数に相当する光軸からの高さ。
【請求項２６】
請求の範囲第２５項に記載の対物光学系において、前記第１回折構造を光路差関数φ１を用いて、
φ１（ｈ）＝（Ａ２×ｈ２＋Ａ４×ｈ４＋・・・＋Ａ２ｉ×ｈ２ｉ）×λ×Ｎと表した場合、
係数Ａ２≠０である。
但し、ｈは光軸からの高さ、Ａ２ｉは光路差関数の係数、ｉは自然数、λはブレーズ化波長。
【請求項２７】
請求の範囲第２４項に記載の対物光学系において、前記第２光路差付与構造を光路差関数φ（ｈ）を用いて、
φ（ｈ）＝（Ｂ２×ｈ２＋Ｂ４×ｈ４＋・・・＋Ｂ２ｉ×ｈ２ｉ）×λ×Ｐ
と表した場合、
係数Ｂ２≠０である。
但し、ｈは光軸からの高さ、Ｂ２ｉは光路差関数の係数、ｉは自然数、λはブレーズ化波長。
【請求項２８】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、前記第３光ディスクに対して情報の再生及び／又は記録を行う場合における、前記Ｎ次回折光の焦点位置と、（Ｎ±１）次回折光の焦点位置とは、光軸方向に０．０１ｍｍ以上離れる。
【請求項２９】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、更に 開口制限機能を有す。
【請求項３０】
請求の範囲第２９項に記載の対物光学系において、前記開口制限機能が、特定波長の光束のみを透過するダイクロイックフィルタにより達成される。
【請求項３１】
請求の範囲第２９項に記載の対物光学系において、前記開口制限機能が、所定の波長の光束に対して回折作用を付与することにより、この光束を情報記録面外に集光させる機能により達成される。
【請求項３２】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、前記対物光学系の少なくとも１つの光学面は、光軸を中心とする同心円状であって光軸を含む第１領域と、前記第１領域の周辺に位置する第２領域の少なくとも２つの領域に区分され、
前記第２領域を通過した前記波長λ３の光束に対して回折作用を付与することにより、前記第２領域を通過した前記波長λ３の光束を前記第３光ディスクの情報記録面外に集光させる。
【請求項３３】
請求の範囲第３２項に記載の対物光学系において、前記第２領域の周辺に第３領域を備え、
前記第３領域を通過した前記波長λ１の光束が前記第１光ディスクの情報記録面外に集光する、或いは、前記第３領域を通過した前記波長λ２の光束が前記第２光ディスクの情報記録面外に集光する。
【請求項３４】
請求の範囲第３２項に記載の対物光学系において、前記第１領域に前記第１回折構造を備える。
【請求項３５】
請求の範囲第３２項に記載の対物光学系において、前記第１領域に前記第１光路差付与構造を備え、前記第２領域が光軸から近い第２Ａ領域と光軸から遠い第２Ｂ領域とに区分され、
前記第２Ａ領域に、階段構造を有する輪帯を、光軸を中心とした同心円状に複数形成することで構成された第２回折構造を備え、前記第２回折構造が、前記波長λ１の光束に対しては実質的に位相差を与えず、前記波長λ２の光束及び前記波長λ３の光束に対しては実質的に位相差を与える。
【請求項３６】
請求の範囲第１項に記載の対物光学系において、ｔ１＝ｔ２である。
【請求項３７】
光ピックアップ装置で、
波長λ１の光束を出射する第１光源,
波長λ２の光束を出射する第２光源,
波長λ３の光束を出射する第３光源, および
請求の範囲第１項に記載の対物光学系を有す。
【請求項３８】
光情報記録再生装置で、
光ディスクを装填するための光ディスク装填機構、 および
請求の範囲第３７項に記載の光ピックアップ装置を有す。
【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情報記録再生装置に関する。【０００２】
近年、光ピックアップ装置において、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディスクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進みつつある。例えば、青紫色半導体レーザや、第２高調波発生を利用して赤外半導体レーザの波長変換を行う青紫色ＳＨＧレーザ等の波長４０５nmのレーザ光源が実用化されつつある。【０００３】
これら青紫色レーザ光源を使用すると、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）と同じ開口数（ＮＡ）の対物レンズを使用する場合には、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１５〜２０ＧＢの情報の記録が可能となり、対物レンズのＮＡを０．８５にまで高めた場合には、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、２３〜２５ＧＢの情報の記録が可能となる。以下、本明細書では、青紫色レーザ光源を使用する光ディスク及び光磁気ディスクを総称して「高密度光ディスク」という。【０００４】
ところで、このような高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生（記録及び／又は再生）ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダの製品としての価値は十分なものとはいえない。尚、以下において「記録／再生」とは、「記録及び／又は再生」を意味する。【０００５】
現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生ができるだけでは足りない。例えばユーザが所有しているＤＶＤやＣＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤの３種類の光ディスクの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。【０００６】
高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする方法として、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とをそれぞれ別に備え、情報を記録／再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に切り替える方法が考えられる。しかし、そのような方法では、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、また、コストが増大する。【０００７】
従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性を有する光ピックアップ装置においても、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物光学系を共通化することが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に最も有利となる。尚、記録／再生する際に使用する光束の波長が互いに異なる複数種類の光ディスクに対して、共通に使用できる対物光学系を得るためには、球面収差の波長依存性を有する位相構造を対物光学系に形成する必要がある。【０００８】
ところが、この場合、各光ディスクに用いられる光束の波長や保護基板厚が異なるため、光ディスクの情報記録面上に良好に収差補正のなされた集光スポットを形成することが困難となる。そのため、このような収差の補正方法として、光ピックアップ装置を構成する対物レンズの光学面に回折構造を設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２９８４２２号公報  しかし、収差補正方法として、特許文献１に開示された技術は、対物レンズの１面に回折構造を設ける構成であり、波長や保護基板厚が異なる２種類の光ディスクに対する記録／再生に際しては、十分な球面収差補正機能が得られる。
【０００９】
しかし、３種類の光ディスク間での充分な互換を達成するには、以下の問題を解消する必要がある。【００１０】
高密度光ディスク／ＤＶＤ／ＣＤの各光ディスクに使用される光束の波長はそれぞれλ１＝４００ｎｍ程度、λ２＝６５５ｎｍ程度、λ３＝７８５ｎｍ程度となっており、λ１：λ３≒１：２であるためブレーズ形状の回折構造では回折効率が最大となる回折次数の比がλ１：λ３＝２：１となる（例えばλ１の光束に対して最大の回折効率となる回折次数が６次のとき、λ３の光束に対して最大の回折効率となる回折次数が３次となる。）。【００１１】
また、回折の効果は、波長×回折次数の差と回折輪帯のピッチで決まるため、λ１とλ３の回折次数が２：１のときは、λ１×２−λ３×１の値が小さくなる。そのため、例えば、ブレーズ化波長を波長λ１の偶数倍に近い値として回折構造を設計した場合、波長λ１の光束と波長λ３の光束における相互の回折作用が小さくなり、高密度光ディスクとＣＤとの互換が困難となる。【００１２】
つまり、波長×回折次数の差が小さい場合であっても、小さい回折作用を利用することで互換を達成することが理論上は可能であるが、この場合、回折輪帯のピッチを小さくする必要が出でくる。回折輪帯のピッチが小さくなると、レンズ等の光学素子の製造が難しくなるほか、製造された光学素子においては、透過光量が低下したり、レーザ光源の出力変化等による数ｎｍ程度の微小範囲内での波長変動によって、収差が大きく発生する等の問題が生じてしまう。
【発明の開示】
【００１３】
本発明の目的は、上述の問題を解決するものである。
【００１４】
さらなる本発明の目的は、青紫色レーザ光源を使用する高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤの３種類のディスク間での互換性を有し、光量確保と球面収差補正を両立した対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供することである。
【００１５】
また、さらなる本発明の目的は、光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う際、トラッキングによる対物光学系のレンズシフトによっても、コマ収差の発生を抑制し、軸外特性が良好な対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供することである。
【００１６】
これら及びその他の目的は、保護基板厚ｔ１の第１光ディスクに対して、第１光源から出射される波長λ１の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ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光ディスクに対して、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の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（ｔ２＜ｔ３）の第３光ディスクに対して、第３光源から出射される波長λ３（λ２＜λ３）の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る対物光学系において、
前記対物光学系は、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束に対して、それぞれＬ次（Ｌは奇数）、Ｍ次（Ｍは整数）、Ｎ次（Ｎは整数）の回折光が最大の回折効率となるような回折作用を与える第１回折構造と、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束のうち少なくとも１つ光束に対して実質的に位相差を与えないとともに１つ又は２つの光束に対して実質的に位相差を与える第１光路差付与構造とを備える対物光学系、によって達成される。
【００１７】
また、本発明の上記目的は、保護基板厚ｔ１の第１光ディスクに対して、第１光源から出射される波長λ１の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ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光ディスクに対して、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の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（ｔ２＜ｔ３）の第３光ディスクに対して、第３光源から出射される波長λ３（λ２＜λ３）の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る対物光学系において、
前記対物光学系は、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束に対して、それぞれＬ次（Ｌは奇数）、Ｍ次（Ｍは整数）、Ｎ次（Ｎは整数）の回折光が最大の回折効率となるような回折作用を与える第１回折構造と、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束のうち、１つ又は２つの光束に対して実質的に位相差を与える第１光路差付与構造とを備え、
前記波長λ１の光束が入射された際には、前記第１回折構造及び前記第１光路差付与構造を通過して、前記第１光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成し、前記波長λ２の光束が入射された際には、前記第１回折構造及び前記第１光路差付与構造を通過して、前記第２光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成し、前記波長λ３の光束が入射された際には、前記第１回折構造及び前記第１光路差付与構造を通過して、前記第３光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成する対物光学系、によって達成される。
【００１８】
更に、本発明の上記目的は、波長λ１の光束を出射する第１光源と、波長λ２の光束を出射する第２光源と、波長λ３の光束を出射する第３光源と、上記対物光学系とを備える光ピックアップ装置によって達成される。
【００１９】
また更に、本発明の上記目的は、光ディスクを装填するための光ディスク装填機構と、上記光ピックアップ装置とを備える光情報記録再生装置によって達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、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】図２は、対物光学系の一例を示す側面図である。
【図３（ａ）】図３（ａ）は、対物光学系に形成される構造の一例を示す側面図である。
【図３（ｂ）】図３（ｂ）は、対物光学系に形成される構造の一例を示す側面図である。
【図４（ａ）】図４（ａ）は、対物光学系に形成される構造の一例を示す側面図である。
【図４（ｂ）】図４（ｂ）は、対物光学系に形成される構造の一例を示す側面図である。
【図５（ａ）】図５（ａ）は、対物光学系に形成される構造の一例を示す側面図である。
【図５（ｂ）】図５（ｂ）は、対物光学系に形成される構造の一例を示す側面図である。
【図６】図６は、実施例における対物光学系を示す側面図である。
【図７】図７は、実施例における縦球面収差図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の第１の態様によれば、保護基板厚ｔ１の第１光ディスクに対して、第１光源から出射される波長λ１の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ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光ディスクに対して、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の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（ｔ２＜ｔ３）の第３光ディスクに対して、第３光源から出射される波長λ３（λ２＜λ３）の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る対物光学系において、前記対物光学系は、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束に対して、それぞれＬ次（Ｌは奇数）、Ｍ次（Ｍは整数）、Ｎ次（Ｎは整数）の回折光が最大の回折効率となるような回折作用を与える第１回折構造と、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束のうち少なくとも１つ光束に対して実質的に位相差を与えないとともに１つ又は２つの光束に対して実質的に位相差を与える第１光路差付与構造とを備えることが好ましい。【００２２】
本発明の第２の態様によれば、保護基板厚ｔ１の第１光ディスクに対して、第１光源から出射される波長λ１の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ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光ディスクに対して、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の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（ｔ２＜ｔ３）の第３光ディスクに対して、第３光源から出射される波長λ３（λ２＜λ３）の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る対物光学系において、前記対物光学系は、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束に対して、それぞれＬ次（Ｌは奇数）、Ｍ次（Ｍは整数）、Ｎ次（Ｎは整数）の回折光が最大の回折効率となるような回折作用を与える第１回折構造と、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束のうち、１つ又は２つの光束に対して実質的に位相差を与える第１光路差付与構造とを備え、前記波長λ１の光束が入射された際には、前記第１回折構造及び前記第１光路差付与構造を通過して、前記第１光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成し、前記波長λ２の光束が入射された際には、前記第１回折構造及び前記第１光路差付与構造を通過して、前記第２光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成し、前記波長λ３の光束が入射された際には、前記第１回折構造及び前記第１光路差付与構造を通過して、前記第３光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成することが好ましい。【００２３】
これら第１、第２の態様によれば、第１回折構造を用いて、波長λ１の回折光のうち回折効率が最大となる回折光の回折次数を奇数とすることで、波長λ１の光束のみならず、波長λ３の光束に対しても有効な回折作用を与えることが可能となり、回折作用を利用した互換性を高めることができる。【００２４】
また、第１光路差付与構造が、波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光束のうち１つ又は２つの光束に対して実質的に位相差を与えることができるので、第１回折構造による回折で補正不足又は過剰補正となる１つ又は２つの光束に対して適宜収差補正をおこなうことが可能となる。【００２５】
本発明の第３の態様によれば、第1又は第２の態様に記載の対物光学系において、前記第１光ディスク、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクに対して情報の再生及び／又は記録を行う場合における前記対物光学系の結像倍率が実質的に同じであることが好ましい。【００２６】
これによれば、波長λ１、波長λ２及び波長λ３の全ての波長の光束に対して球面収差補正を良好に行なうことが可能となる。また、複数の光源が１パッケージ化された光源の使用が可能となり、光ピックアップ装置の部品点数の削減、小型化及び低コスト化を実現できる。【００２７】
本発明の第４の態様によれば、第３の態様に記載の対物光学系において、結像倍率が０であることが好ましい。【００２８】
本発明の第５の態様によれば、第1乃至第３の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記第１光ディスクに対して情報の再生及び／又は記録を行う際に、前記対物光学系に前記波長λ１の光束が平行光束として入射され、前記第２光ディスクに対して情報の再生及び／又は記録を行う際に、前記対物光学系に前記波長λ２の光束が平行光束として入射され、前記第３光ディスクに対して情報の再生及び／又は記録を行う際に、前記対物光学系に前記波長λ３の光束が平行光束として入射されることが好ましい。【００２９】
これら第４及び第５の態様によれば、波長λ１、波長λ２及び波長λ３の全光束が対物光学系に対して平行光として入射することになるので、トラック方向に対物光学系がシフトした場合でもコマ収差や非点収差の発生量を抑えることができる。言い換えれば、トラッキング時の対物光学系のシフト（レンズシフト）における軸外特性を良好なものとすることができる。【００３０】
本発明の第６の態様によれば、第２の態様に記載の対物光学系において、前記第１光路差付与構造は、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束のうち、１つ又は２つの光束に対してのみに実質的に位相差を与えることが好ましい。【００３１】
本発明の第７の態様によれば、第２の態様に記載の対物光学系において、前記第１光路差付与構造は、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束のうち、前記波長λ２の光束に対してのみに実質的に位相差を与え、前記波長λ２の光束が入射された際には、前記第１回折構造及び前記第１光路差付与構造により、前記第２光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成することが好ましい。【００３２】
本発明の第８の態様によれば、第１乃至第７の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記第１回折構造は鋸歯状の構造であり、
前記第１光路差付与構造は、階段構造を有する輪帯を光軸を中心とした同心円状に複数形成することが好ましい。【００３３】
本発明の第９の態様によれば、第８の態様に記載の対物光学系において、前記対物光学系は、１つの光学素子により構成され、又は２つ以上の光学素子を組み合わせて構成され、前記第１光路差付与構造が形成されている光学素子の前記波長λ１の光束に対する屈折率をｎ１、前記第１光路差付与構造における前記階段構造の光軸方向における段差量をｄ１、前記階段構造の不連続部位の数をｍ１（整数）とし、ｄ＝λ１／（ｎ１−１）としたとき、１．８×ｄ≦ｄ１≦２．２×ｄ  且つ、４≦ｍ１≦６を満たすことが好ましい。【００３４】
これによれば、第１回折構造で波長λ１及びλ３の光束の球面収差及び／又は波面収差を補正し、第１光路差付与構造で波長λ２の光束の球面収差及び／又は波面収差を補正できる。このように、各波長の収差補正機能を、１つの回折構造に負わせることなく、複数の構造で分担できるので、レンズ設計の自由度が増大する。【００３５】
本発明の第１０の態様によれば、第１乃至９の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記第１光路差付与構造は、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束のうち、前記波長λ２の光束に対してのみ実質的に位相差を与えることが好ましい。【００３６】
これによれば、第１回折構造で波長λ１及びλ３の光束の球面収差及び／又は波面収差を補正し、第１光路差付与構造で波長λ２の光束の球面収差及び／又は波面収差を補正できる。このように、各波長の収差補正機能を、１つの回折構造に負わせることなく、複数の構造で分担できるので、レンズ設計の自由度を増加できる。【００３７】
本発明の第１１の態様によれば、第１乃至第１０の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記波長λ１、前記波長λ２及び前記波長λ３が、
３７０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ
６２０ｎｍ≦λ２≦６９０ｎｍ
７５０ｎｍ≦λ３≦８３０ｎｍ
を満たすことが好ましい。【００３８】
本発明の第１２の態様によれば、第１乃至第１１の態様のいずれかに記載の対物光学系において、Ｌ＝Ｍ＝１であることが好ましい。【００３９】
本発明の第１３の態様によれば、第１乃至第１１の態様のいずれかに記載の対物光学系において、Ｌ＝Ｍ＝Ｎ＝１であることが好ましい。【００４０】
本発明の第１４の態様によれば、第１乃至第１１の態様のいずれかに記載の対物光学系において、Ｌ＝３、Ｍ＝Ｎ＝２であることが好ましい。【００４１】
上記の第１２乃至１４の態様のいずれかの態様によれば、光源から出射される光束の波長に波長ばらつき（例えば、光源の製造誤差等により光源から出射される光束の波長λ１が、使用する光源によって数ｎｍ程度ばらついている場合など）や波長変動があったとしても、回折効率の変化を小さく抑えることができる。回折次数が低次数であるほど、波長の変動による回折効率の変化を小さくすることできるので、上記第１３の態様であることがより好ましい。【００４２】
本発明の第１５の態様によれば、第１乃至第１４の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記Ｌ次、前記Ｍ次及び前記Ｎ次の回折光の回折効率をそれぞれη１、η２及びη３としたとき、η１＞７０％、η２＞７０％及びη３＜８０％であることが好ましい。【００４３】
これによれば、光ディスクに対する情報の記録／再生に利用しない不要な光束、即ちノイズ成分を抑え、Ｓ／Ｎを向上することができる。【００４４】
また更に、η１＞８５％、η２＞８０％及びη３＜７５％を満足することがより好ましく、Ｌ次回折光及びＭ次回折光の光量をより確保し、Ｓ／Ｎを更に向上させることができる。また、以上において、η１及びη２の上限、及びη３の下限としては、１００％≧η１、１００％≧η２、及び４０％＜η３であることが好ましい。【００４５】
本発明の第１６の態様によれば、第１乃至第１５の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記対物光学系は、光源側に配置される第１光学素子と、光ディスク側に配置される第２光学素子の少なくとも２つの光学素子を組み合わせて構成されることが好ましい。【００４６】
これによれば、対物光学系を２つの光学素子からなる２群構成とすることで収差補正の自由度を増加できる。【００４７】
本発明の第１７の態様によれば、第１乃至第１５の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記対物光学系は、前記光源側に配置される第１光学素子と、前記光ディスク側に配置される第２光学素子の２つの光学素子を組み合わせて構成されることが好ましい。【００４８】
本発明の第１８の態様によれば、第１６又は第１７の態様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光路差付与構造を備え、前記第２光学素子が前記第１回折構造を備えることが好ましい。【００４９】
これによれば、１つの光学素子に１つの構造を設けることになるので、１つ光学素子に２つの構造を設ける場合と比較して、光学素子単体の成形時における許容誤差を大きくすることが可能となる。【００５０】
本発明の第１９の態様によれば、第１８の態様に記載の対物光学系において、前記第１光学素子の前記光源側の光学面に前記第１光路差付与構造を備えることが好ましい。【００５１】
これによれば、特に、第１光路差付与構造を階段状の回折構造で構成する場合には、鋸歯状の回折構造に比べてより光軸方向の段差量が大きくなり、光束の斜入射によるケラレが生じ易くなって、回折効率の低下がおきるが、このようなケラレの発生を抑制して回折効率の低下を抑制できる。【００５２】
本発明の第２０の態様によれば、第１６又は第１７の態様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光路差付与構造及び前記第１回折構造を備えることが好ましい。【００５３】
本発明の第２１の態様によれば、第２０の態様に記載の対物光学系において、前記第１光学素子の前記光源側の光学面に前記第１光路差付与構造を備えることが好ましい。【００５４】
本発明の第２２の態様によれば、第１６乃至第２１の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記第１光学素子の焦点距離をｆ１、前記第2光学素子の焦点距離をｆ２としたとき、｜ｆ１／ｆ２｜＜０．１  且つ  ｜１／ｆ１｜＜０．０２を満たすことが好ましい。【００５５】
これによれば、第１光学素子の屈折力が弱くなるので、第１光学素子と第２光学素子の組み付け誤差を抑えることができる。【００５６】
本発明の第２３の態様によれば、第１６乃至第２２の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記第１光学素子の少なくとも１面は近軸の曲率半径がほぼ無限大であることが好ましい。【００５７】
これによれば、第１光学素子の屈折力が弱くなるので、第１光学素子と第２光学素子の組み付け誤差を抑えることができる。【００５８】
本発明の第２４の態様によれば、第１乃至２３の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記対物光学系は、前記波長λ１及び前記波長λ２の光束に対して実質的に位相差を与えないとともに前記波長λ３の光束に対して実質的に位相差を与える第２光路差付与構造を備え、前記第２光路差付与構造は、光軸を中心とした同心円状の輪帯を複数形成することで構成されており、前記波長λ１の光束が前記第２光路差付与構造の各輪帯を通過する際に前記波長λ１のＰ倍の光路差を付与し、前記波長λ２の光束が前記第２光路差付与構造の各輪帯を通過する際に前記波長λ２のＱ倍の光路差を付与するように設定され、前記ＰとＱの組合せが、（Ｐ，Ｑ）＝（５，３）、（８，５）、（１０，６）の何れかであることが好ましい。【００５９】
これによれば、対物光学系が備える第２光路差付与構造は、波長λ１及び波長λ２の光束が第２光路差付与構造の各輪帯を通過する際に、波長λ１のＰ倍及び波長λ２のＱ倍の光路差を付与することで、波長λ１及び波長λ２の光束に対して実質的に位相差を与えない。これにより、使用波長が微小範囲内（数ｎｍ程度）で変動した場合に、この光束が上記第１回折構造及び第１光路差付与構造を通過することによって生じる球面収差を、第２光路差付与構造を通過することによって生じる球面収差で相殺するように作用させることができ、使用波長が微小範囲内で変動した際の光ピックアップ装置全体での球面収差の発生量を低減させることができる。【００６０】
本発明の第２５の態様によれば、第２４の態様に記載の対物光学系において、第２光路差付与構造を光路差関数φ（ｈ）を用いて、φ（ｈ）＝（Ｂ２×ｈ２＋Ｂ４×ｈ４＋・・・＋Ｂ２ｉ×ｈ２ｉ）×λ×Ｐと表し、係数Ｂ２＝０を代入した場合に、φ（ｈｍａｘ）＞０となることが好ましい。【００６１】
但し、ｈは光軸からの高さ、Ｂ２ｉは光路差関数の係数、ｉは自然数、λはブレーズ化波長、ｈｍａｘは第１光ディスクの光ディスク側の開口数に相当する光軸からの高さ。【００６２】
これによれば、第２光路差付与構造を備える光学素子を特にプラスチック材料で構成した場合に、環境温度変化時の屈折率変化に伴う収差の発生などを抑制することが可能となる。【００６３】
本発明の第２６の態様によれば、第２５の態様に記載の対物光学系において、前記第１回折構造を光路差関数φ１を用いて、φ１（ｈ）＝（Ａ２×ｈ２＋Ａ４×ｈ４＋・・・＋Ａ２ｉ×ｈ２ｉ）×λ×Ｎと表した場合、係数Ａ２≠０であることが好ましい。【００６４】
但し、ｈは光軸からの高さ、Ａ２ｉは光路差関数の係数、ｉは自然数、λはブレーズ化波長。【００６５】
これによれば、係数Ａ２≠０とすることにより、不要光の焦点位置を、使用光の焦点位置に対して離すことができ、光ピックアップ装置の検出器における反射光の検出性を高めることができる。なお、｜Ａ２｜＞０．０２の範囲内とすることが、上記検出性をより高める観点から更に好ましい。【００６６】
本発明の第２７の態様によれば、第２４の態様に記載の対物光学系において、第２光路差付与構造を光路差関数φ（ｈ）を用いて、φ（ｈ）＝（Ｂ２×ｈ２＋Ｂ４×ｈ４＋・・・＋Ｂ２ｉ×ｈ２ｉ）×λ×Ｐと表した場合、係数Ｂ２≠０であることが好ましい。【００６７】
但し、ｈは光軸からの高さ、Ｂ２ｉは光路差関数の係数、ｉは自然数、λはブレーズ化波長。【００６８】
これによれば、係数Ｂ２≠０とすることにより、不要光の焦点位置を、使用光の焦点位置に対して離すことができ、光ピックアップ装置の検出器における反射光の検出性を高めることができる。なお、｜Ｂ２｜＞０．０２の範囲内とすることが、上記検出性をより高める観点から更に好ましい。【００６９】
本発明の第２８の態様によれば、第１乃至２７の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記第３光ディスクに対して情報の再生及び／又は記録を行う場合における、前記Ｎ次回折光の焦点位置と、（Ｎ±１）次回折光の焦点位置とは、光軸方向に０．０１ｍｍ以上離れていることが好ましい。【００７０】
これによれば、Ｎ次回折光の焦点位置と、（Ｎ±１）次回折光の焦点位置とを離すことにより、光ピックアップ装置の光検出器におけるＮ次回折光の反射光の検出性を高めることができる。【００７１】
本発明の第２９の態様によれば、第１乃至２８の態様のいずれかに記載の対物光学系において、開口制限機能を有することが好ましい。【００７２】
これによれば、対物光学系を構成する部品点数を低減することができ、更に小型化や低コスト化が可能となる。【００７３】
本発明の第３０の態様によれば、第２９の態様に記載の対物光学系において、前記開口制限機能が、特定波長の光束のみを透過するダイクロイックフィルタにより達成されることが好ましい。【００７４】
本発明の第３１の態様によれば、第２９の態様に記載の対物光学系において、前記開口制限機能が、所定の波長の光束に対して回折作用を付与することにより、この光束を情報記録面外に集光させる機能により達成されることが好ましい。【００７５】
これによれば、波長選択性を有する特殊なコートを施したダイクロイックフィルターなどを別途設ける必要がなくなるため、更に小型化や低コスト化が可能となる。【００７６】
本発明の第３２の態様によれば、第１乃至３１の態様のいずれかに記載の対物光学系において、前記対物光学系の少なくとも１つの光学面は、光軸を中心とする同心円状であって光軸を含む第１領域と、前記第１領域の周辺に位置する第２領域の少なくとも２つの領域に区分され、前記第２領域を通過した前記波長λ３の光束に対して回折作用を付与することにより、前記第２領域を通過した前記波長λ３の光束を前記第３光ディスクの情報記録面外に集光させることが好ましい。【００７７】
本発明の第３３の態様によれば、第３２の態様に記載の対物光学系において、前記第２領域の周辺に第３領域を備え、前記第３領域を通過した前記波長λ１の光束が前記第１光ディスクの情報記録面外に集光する、或いは、前記第３領域を通過した前記波長λ２の光束が前記第２光ディスクの情報記録面外に集光することが好ましい。【００７８】
これによれば、光ディスクに対して情報の記録／再生に利用しない不要な光束が、ノイズとして影響することを防止することができる。【００７９】
本発明の第３４の態様によれば、第３２又は第３３の態様に記載の対物光学系において、前記第１領域に前記第１回折構造を備えることが好ましい。【００８０】
本発明の第３５の態様によれば、第３２又は第３３の態様に記載の対物光学系において、前記第１領域に前記第１光路差付与構造を備え、前記第２領域が光軸から近い第２Ａ領域と光軸から遠い第２Ｂ領域とに区分され、前記第２Ａ領域に、階段構造を有する輪帯を、光軸を中心とした同心円状に複数形成することで構成された第２回折構造を備え、前記第２回折構造が、前記波長λ１の光束に対しては実質的に位相差を与えず、前記波長λ２及び前記波長λ３の光束に対しては実質的に位相差を与えることが好ましい。【００８１】
本発明の第３６の態様によれば、第１乃至第３５の態様のいずれかに記載の対物光学系において、ｔ１＝ｔ２であることが好ましい。【００８２】
本発明の第３７の態様によれば、波長λ１の光束を出射する第１光源と、波長λ２の光束を出射する第２光源と、波長λ３の光束を出射する第３光源と、第１乃至第３６の態様のいずれかに記載の対物光学系とを備える光ピックアップ装置であることが好ましい。【００８３】
本発明の第３８の態様によれば、光ディスクを装填するための光ディスク装填機構と、第３７の態様に記載の光ピックアップ装置とを備える光情報記録再生装置であることが好ましい。
また、以上の各態様において、波長λ１と波長λ３とは以下の関係を満足することが、高い回折効率で有効な回折作用を利用した互換を達成する上で好ましい。【００８４】
１．６≦λ３／λ１≦２．３
これによれば、波長λ３が波長λ１の略２倍の波長であるため、第１回折構造を用いて、波長λ１の回折光のうち回折効率が最大となる回折光の回折次数を奇数としたことに関連して、波長λ１の光束のみならず、波長λ３の光束に対しても、更に有効な回折作用を与えることが可能となり、回折作用を利用した互換性をより高めることができる。【００８５】
本明細書においては、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光ディスクを総称して「高密度光ディスク」といい、ＮＡ０．８５の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層（保護膜）の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ブルーレイディスク）の他に、ＮＡ０．６５乃至０．６７の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ＨＤ  ＤＶＤ）も含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクの他に、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護層を有する光ディスクや、保護層の厚さが０の光ディスクも含むものとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光磁気ディスクも含まれるものとする。【００８６】
本明細書においては、ＤＶＤ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。【００８７】
また、本明細書において、「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波長が互いに異なる光束を、記録密度が互いに異なる光ディスクのそれぞれの情報記録面上に集光する機能を有する集光素子を少なくとも含む光学系を指す。対物光学系は集光素子のみから構成されていても良い。【００８８】
更に、上述の集光素子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が対物光学系となる。【００８９】
また、本明細書において、「実質的に位相差を与えない」とは、全く位相変化がない状態のみを指すものではなく、光路差付与後の状態における位相の変化が±０．２π以内の状態を指すものとする。したがって、本明細書において、「実質的に位相差を与える」とは、光路差付与後の状態における位相の変化が±０．２π（パイ）を超える状態を指すものである。【００９０】
また、本明細書において、「良好な集光スポットを形成する」とは、該当する光ディスクの情報記録面上での波面収差が０．０７λｒｍｓ以下となることを指すものである。【００９１】
また、本明細書において、「実質的に結像倍率は同じ」とは、結像倍率の差が±０．００８以内であることを指すものである。【００９２】
また、本明細書において、「曲率半径がほぼ無限大」とは、光軸上での曲率半径が２００ｍｍ以上であることを指すものである。より好ましい曲率半径は５００ｍｍ以上であり、更に平面であることがより好ましい。【００９３】
また、本明細書において、「光路差付与構造」とは、入射する光束に対して光路差を付与する構造を指し、例えば、特定波長の光束に回折光を発生する回折構造や、特定波長の光束に位相差を付与する構造（位相差付与構造）を含むものである。【００９４】
本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ説明する。【００９５】
図１は、高密度光ディスクＨＤ（第１光ディスク）とＤＶＤ（第２光ディスク）とＣＤ（第３光ディスク）との何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第１の光ピックアップ装置ＰＵの構成を概略的に示す図である。
[第１の実施の形態]
高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、第１波長λ１＝４０８ｎｍ、第１保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２波長λ２＝６５８ｎｍ、第２保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、第３波長λ３＝７８５ｎｍ、第３保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５である。【００９６】
第１光ディスク、第２光ディスク、及び第３光ディスクの記録密度（ρ１、ρ２、ρ３）の関係は、ρ３＜ρ２＜ρ１となっており、第１光ディスク、第２光ディスク、及び第３光ディスクのそれぞれ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ＯＢＪのそれぞれの結像倍率（第１倍率Ｍ１、第２倍率Ｍ２、第３倍率Ｍ３）は、Ｍ１＝Ｍ２＝Ｍ３＝０となっている。但し、本発明において、波長、保護層の厚さ、開口数、記録密度及び倍率の組合せはこの例に限られるものではない。【００９７】
光ピックアップ装置ＰＵは、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され、波長４０８ｎｍのレーザ光束（第１波長λ１の第１光束）を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１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、波長６５８ｎｍのレーザ光束（第２波長λ２の第２光束）を射出する赤色半導体レーザＬＤ２（第２光源）、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され、波長７８５ｎｍのレーザ光束（第３波長λ３の第３光束）を射出する赤外半導体レーザＬＤ３（第３光源）、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光すると共にＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第２光検出器ＰＤ２、収差補正素子Ｌ１（第１光学素子）とこの収差補正素子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非球面の集光素子Ｌ２（第２光学素子）とから構成された対物光学系ＯＢＪ、トラッキング及びフォーカシングの際に対物光学系ＯＢＪを駆動するための２軸アクチュエータＡＣ１、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１に対応した絞りＳＴＯ、第１乃至第４偏光ビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４、第１乃至第３コリメートレンズＣＯＬ１、ＣＯＬ２、ＣＯＬ３、負レンズＥ１と正レンズＥ２とから構成されるビームエキスパンダーＥＸＰ、第１センサーレンズＳＥＮ１、第２センサーレンズＳＥＮ２等から概略構成されている。【００９８】
光ピックアップ装置ＰＵにおいて、高密度光ディスク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、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の偏光ビームスプリッタＢＳ１、ビームエキスパンダーＥＸＰ、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２を透過し、その後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物光学系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。なお、対物光学系ＯＢＪが波長λ１の光束に対して与える作用については後述する。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。【００９９】
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、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、ビームエキスパンダーＥＸＰを通過した後、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射され、センサーレンズＳＥＮ１により非点収差を与えられ、第３コリメートレンズＣＯＬ３により収斂光束に変換され、第１光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、第１光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて、高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。【０１００】
また、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、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、図１において点線でその光線経路を描いたように、第３偏光ビームスプリッタ、第４偏光ビームスプリッタを通過し、第２コリメートレンズＣＯＬ２により平行光束とされた後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射され、対物光学系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。なお、対物光学系ＯＢＪが波長λ２の光束に対して与える作用については後述する。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。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を通過し、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射され、第２コリメートレンズＣＯＬ２により収斂光束に変換され、第４偏光ビームスプリッタＢＳ４で反射され、第２センサーレンズＳＥＮ２によって非点収差を与えられ、第２光検出器ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、第２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。【０１０１】
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、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、図１において点線でその光線経路を描いたように、第３偏光ビームスプリッタで反射され、第４偏光ビームスプリッタを通過し、第２コリメートレンズＣＯＬ２により平行光束とされた後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射され、対物光学系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。なお、対物光学系ＯＢＪが波長λ３の光束に対して与える作用については後述する。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。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、再び対物光学系ＯＢＪを通過し、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射され、第２コリメートレンズＣＯＬ２により収斂光束に変換され、第４偏光ビームスプリッタＢＳ４で反射され、第２センサーレンズＳＥＮ２によって非点収差を与えられ、第２光検出器ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、第２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。【０１０２】
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチックレンズであり、波長λ１に対する屈折率は１．５２４２、波長λ２に対する屈折率は１．５０６４、波長λ３に対する屈折率は１．５０５０である。また、集光素子Ｌ２は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５４３５であり、アッベ数νｄが５６．３のプラスチックレンズである。なお、図示は省略するが、収差補正素子Ｌ１の光学機能部（第１光束が通過する領域）及び集光素子Ｌ２の光学機能部（第１光束が通過するの領域）のそれぞれの周囲には、それぞれの光学機能部と一体に成形されたフランジ部を有し、かかるフランジ部の一部同士を接合することで、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２とは一体化され、単一の対物光学系として取り扱うことができるよう構成されている。【０１０３】
尚、収差補正素子L１と集光素子L２とを一体化する場合には、別部材の鏡枠を用いて、この鏡枠を介して両者を一体化するよう構成してもよい。【０１０４】
収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学面Ｓ１（入射面）は、図２に示すように、光軸Ｌを含み、収差補正素子Ｌ１を光軸Ｌの方向にみたときに開口数ＮＡ３以下の領域に対応した、光軸Ｌを中心とする円状である第１領域ＡＲＥＡ１と、同じく光軸Ｌの方向にみたときに光軸Ｌを中心とする同心円状であって、第１領域ＡＲＥＡ１よりも外側且つ開口数ＮＡ２以下の領域である第２領域ＡＲＥＡ２と、同じく光軸Ｌの方向にみたときに光軸Ｌを中心とする同心円状であって、第２領域ＡＲＥＡ２よりも外側且つ開口数ＮＡ１以下の領域である第３領域ＡＲＥＡ３とに区分されており、さらに、第２領域ＡＲＥＡ２は、光軸Ｌから近い第２Ａ領域２Ａと、光軸Ｌから遠い第２Ｂ領域２Ｂとに区分されている。【０１０５】
そして、第１領域には第１光路差付与構造１０が形成されており、第２Ａ領域には第２回折構造２０が形成されており、第２Ｂ領域及び第３領域にも回折構造が形成され、それぞれ回折構造２０´、回折構造３０が形成されている。【０１０６】
第１光路差付与構造１０、第２回折構造２０、第２Ｂ領域の回折構造２０´及び第３領域の回折構造３０は共に図３に模式的に示すように、所定数の段部１１と不連続部位１２とからなる階段構造を有する輪帯１３を、光軸Ｌを中心とした同心円状に複数形成した構造からなる。【０１０７】
第２回折構造２０は、第１光路差付与構造１０と比較して不連続部位１２の数が異なっており、第１光路差付与構造１０と第２Ｂ領域の回折構造２０´とは不連続部位の数が同じになっている。【０１０８】
第１光路差付与構造１０としては、図３に示したもの以外にも、例えば図４に模式的に示すように、複数の輪帯１５から構成され、光軸Ｌを含む断面形状が鋸歯形状であるものや、図５に模式的に示すように、段部１６の段差の方向が有効径内で同一である複数の輪帯１７から構成され、光軸Ｌを含む断面形状が階段形状であるものであってもよい。例えば、図５（ａ）に模式的に示したものは、光軸Ｌを中心にした有効径内で、階段構造を常に上り階段の形状とすることで、段部１６の段差の方向が有効径内で同一とした例であり、図５（ｂ）に模式的に示したものは、光軸Ｌを中心にした有効径内で、階段構造を常に下り階段の形状とすることで、段部１６の段差の方向が有効径内で同一とした例である。尚、図３乃至図５は、各構造を平面上に形成した場合を模式的に示したものであるが、各構造を球面或いは非球面上に形成しても良い。【０１０９】
第２回折構造２０、第２Ｂ領域の回折構造２０´及び第３領域の回折構造３０としては、図３に示したもの以外にも、図４に示したような断面形状が鋸歯形状のものであってもよい。【０１１０】
そして、第１光路差付与構造１０は、不連続部位１２を通過する波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光束のうち、波長λ２の光束に対してのみ実質的に位相差を与え、波長λ１と波長λ３の光束に対しては実質的に位相差を与えないように設定されている。波長λ２の光束は実質的に位相差を与えられることにより回折作用を受けるので、これにより発生する波長λ２の回折光のうち、最も高い回折効率を有する回折光をＤＶＤに利用できる。【０１１１】
具体的には、第１光路差付与構造１０が形成されている収差補正素子Ｌ１の波長λ１の光束に対する屈折率をｎ１、第１光路差付与構造１０における階段構造の段部１１の光軸Ｌ方向の段差量をｄ１（図３を参照）、不連続部位１２の数をｍ１（整数）とし、ｄ＝λ１／（ｎ１−１）としたとき、１．８×ｄ≦ｄ１≦２．２×ｄ、及び、４≦ｍ１≦６を満たすように設計されている。【０１１２】
これにより、第１光路差付与構造１０における階段構造の段差量は、波長λ１のほぼ整数倍の深さに設定されることになる。段差量（段差の深さ）がこのように設定された階段構造に対して、波長λ１の光束が入射した場合、隣接する段部間ではλ１のほぼ整数倍の光路差が発生することになり、波長λ１の光束には実質的に位相差が与えられないことになるので、波長λ１の入射光束は第１光路差付与構造１０において回折されずにそのまま透過する。【０１１３】
また、この階段構造に対して、波長λ３の光束が入射した場合、波長λ３は波長λ１の略２倍であるので、隣接する段部間ではλ３の略整数倍の光路差が発生し、波長λ３の光束も波長λ１の光束と同様に、実質的に位相差が与えられず、第１光路差付与構造１０において回折されずにそのまま透過する。【０１１４】
一方、波長λ２の入射光束に対しては、段差量（段差の深さ）と不連続部位の数に応じた位相差が生じるので、その回折作用を利用し、例えば、高い回折効率を有する回折次数の回折光を利用して、ＤＶＤに対する情報の記録／再生を行なうことができると共に、ＤＶＤの色収差の補正や温度変化に伴う球面収差の補正を行なうようにすることができる。【０１１５】
また、ＣＤに対する情報の記録／再生には、波長λ３の光束のうち第１領域ＡＲＥＡ１を通過した光束のみを利用するので、第２領域ＡＲＥＡ２を通過した波長λ３の光束は不要な光束となる。そこで、第２領域ＡＲＥＡ２を通過した波長λ３の光束がＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光しないように、第２Ａ領域に形成した第２回折構造２０及び第２Ｂ領域に形成した回折構造２０´により回折作用を与え、これにより発生する回折光のうち比較的高い回折効率（例えば３０％以上）を持つ回折次数の回折光をフレア化（本来、必要な集光スポットに悪影響を与えないように、集光スポットから離れるよう飛ばしたり、分散させたりする）させるようになっている。尚、このとき、波長λ３の光束に対して、高い回折効率を有する回折光の回折次数は、波長λ２の光束に対して高い回折効率を有する回折光の回折次数とは異なる次数となる。【０１１６】
このフレア化により、対物光学系ＯＢＪに、開口数ＮＡ３に対応した開口制限機能を持たせることができると共に、第２回折構造２０により、第１領域ＡＲＥＡ１から第２Ａ領域にかけて波長λ３の光束の縦球面収差を不連続なものとすることができ、第２光検出器ＰＤ２における波長λ３の光束のＣＤからの反射光の検出精度を向上させることができる。【０１１７】
なお、波長λ３の光束に対する複数の回折光（例えば＋１次と−１次の回折光）が、ほぼ同じ回折効率（例えば４０％程度）を有する場合があるが、このような場合には、回折効率が高い回折次数の複数の回折光の全て、あるいはＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光するおそれがある回折次数の回折光をフレア化するようにすれば良い。【０１１８】
また、第２領域ＡＲＥＡ２を通過する波長λ１の光束は実質的に位相差が与えられずそのまま透過するが、第２領域ＡＲＥＡ２を通過する波長λ２の光束は実質的に位相差が与えられるので、その回折作用を利用し、例えば、高い回折効率を有する回折次数の回折光を利用してＤＶＤに対する情報の記録／再生を行なうことができると共に、ＤＶＤの色収差の補正や温度変化に伴う球面収差の補正を行なうようにすることができる。【０１１９】
また、ＤＶＤ及びＣＤに対する情報の記録／再生には、第３領域ＡＲＥＡ３を通過した波長λ２の光束及び波長λ３の光束は不要な光束となる。そこで、第３領域ＡＲＥＡ３を通過した波長λ２の光束がＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に集光しないとともに、第３領域ＡＲＥＡ３を通過した波長λ３の光束がＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光しないように、第３領域ＡＲＥＡ３に形成した回折構造３０により回折作用を与え、これにより発生する回折光のうち比較的高い回折効率（例えば３０％以上）を持つ回折次数の回折光をフレア化させるようになっている。なお、複数の回折光（例えば＋１次と−１次の回折光）がほぼ同じ回折効率（例えば４０％程度）を有する場合があるが、このような場合には、回折効率が高い回折次数の複数の回折光の全て、あるいはＤＶＤ及び／又はＣＤの情報記録面ＲＬ２、ＲＬ３上に集光するおそれがある回折次数の回折光をフレア化する。これにより、対物光学系ＯＢＪにＮＡ２に関する開口制限機能を持たせることができる。【０１２０】
収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２（出射面）には、第２光路差付与構造４０が形成されている。【０１２１】
第２光路差付与構造４０は、図５に示したような、段部１６の段差の方向が有効径内で同一である複数の輪帯１７から構成され、光軸Ｌを含む断面形状が階段形状となっており、波長λ１及び波長λ２の入射光束に対して実質的に位相差を与えないようになっている。【０１２２】
具体的には、第２光路差付与構造４０は、波長λ１の入射光束が前記各輪帯１７を通過する際に波長λ１のＰ倍の光路差を付与し、前記波長λ２の入射光束が前記各輪帯を通過する際に波長λ２のＱ倍の光路差を付与するように設定されており、光路差関数φ（ｈ）を用いると、φ（ｈ）＝（Ｂ２×ｈ２＋Ｂ４×ｈ４＋・・・＋Ｂ２ｉ×ｈ２ｉ）×λ×Ｐで規定され、係数Ｂ２＝０を代入した場合に、φ（ｈｍａｘ）＞０となるように設計されている。【０１２３】
但し、ｈは光軸からの高さ、Ｂ２ｉは光路差関数の係数、ｉは自然数、λはブレーズ化波長、ｈｍａｘは高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１となる光軸Ｌからの高さ。【０１２４】
ＰとＱの組合せとしては、（Ｐ，Ｑ）＝（５，３）、（８，５）、（１０，６）のいずれかとする。【０１２５】
波長λ１及び波長λ２の光束が、第２光路差付与構造４０が形成された光学面（本実施の形態においては出射面Ｓ２）に対して垂直に入射した場合、波長λ１及び波長λ２の光束の第２光路差付与構造による光の出射角の違いは下記の式（１）（２）の差で表される。【０１２６】
−ｎ１×ｓｉｎ(θ１)＝Ｐ×λ１／ｐ        （１）
−ｎ２×ｓｉｎ(θ２)＝Ｑ×λ２／ｐ        （２）
ｎ１：波長λ１における収差補正素子Ｌ１の屈折率
ｎ２：波長λ２における収差補正素子Ｌ１の屈折率
θ１：第２光路差付与構造による波長λ１の光束の出射角
θ２：第２光路差付与構造による波長λ２の光束の出射角
ｐ  ：第２光路差付与構造における輪帯のピッチ
一般的に、光学素子の屈折力に対して与える影響は、波長変化に起因するものの方が、光学素子自体の屈折率の変化に起因するものよりも大きいことが知られており、本実施の形態においては、第２光路差付与構造４０による屈曲（出射角）は波長λ１及び波長λ２の波長変化に依存している。【０１２７】
例えば、波長λ１＝４０５ｎｍ、波長λ２＝６５５ｎｍとしたとき、（Ｐ，Ｑ）＝（１，１）であればλ１と（Ｑ／Ｐ）×λ２との差は２５０ｎｍとなり、回折作用による各光束の出射角の差が大きくなるが、（Ｐ，Ｑ）＝（５，３）では−１２ｎｍ、（Ｐ，Ｑ）＝（８，５）では４ｎｍ、（Ｐ，Ｑ）＝（１０，６）では−１２ｎｍと小さくなる。従って、（Ｐ，Ｑ）＝（５，３）、（８，５）、（１０，６）のいずれかの組み合わせとすることにより、回折作用による各光束の出射角はほぼ等しくなり、相互の回折作用は実質的にほとんど無いものとして扱うことが可能となる。そこで、上述のように、φ（ｈｍａｘ）＞０となるように第２光路差付与構造を設計することで、波長λ１と波長λ２の光束に数ｎｍ程度の波長変動が生じた場合に、第１回折構造５０及び第１光路差付与構造１０により発生する収差を第２光路差付与構造４０で低減させることができる。【０１２８】
集光素子Ｌ２の半導体レーザ光源側の光学面Ｓ１（入射面）には、図２に示すように、第１回折構造５０が形成されている。【０１２９】
第１回折構造５０は、図４に示したような、複数の輪帯１５から構成され、光軸Ｌを含む断面形状が鋸歯形状となっている。【０１３０】
第１回折構造５０としては、図４に示したもの以外にも、図３に示したようなものであってもよい。【０１３１】
収差補正素子Ｌ１を通過した波長λ１、波長λ２及び波長λ３の各光束は第１回折構造５０により回折作用を受ける。これにより生じる波長λ１の光束のＬ次回折光（Ｌは奇数）は、集光素子Ｌ２の出射面Ｓ２において屈折作用を受けた後、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に集光スポットを形成するようになっている。また、波長λ２の光束のＭ次回折光（Ｍは整数）は、集光素子Ｌ２の出射面において屈折作用を受けた後、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に集光スポットを形成するようになっている。また、波長λ３の光束のＮ次回折光（Ｎは整数）は、集光素子Ｌ２の出射面において屈折作用を受けた後、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光スポットを形成するようになっている。【０１３２】
換言すると、第１回折構造５０は、波長λ１の光束のＬ次回折光が高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に良好な集光スポットを形成するように収差補正を行ない、波長λ２の光束のＭ次回折光が、第１光路差付与構造１０を通過する際に与えられる位相差によりＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に良好な集光スポットを形成するよう収差補正を行い、波長λ３の光束のＮ次回折光がＣＤの情報記録面ＲＬ３上に良好な集光スポットを形成するように収差補正を行なうように設計されている。【０１３３】
ここで、一般的に、光軸Ｌから離れるに従って回折光の光量は低下していくが、回折次数が大きい回折光ほど、この低下率が大きくなり、使用に支障をきたす可能性があるので、可能な限り低次数の回折光を使用することが好ましい。このようなＬ、Ｍ及びＮの組み合わせとしては、（Ｌ，Ｍ，Ｎ）＝（１，１，１）、（３，２，２）が挙げられる。【０１３４】
また、上記Ｌ次、Ｍ次及びＮ次の回折光の回折効率をそれぞれη１、η２及びη３としたとき、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤと間で互換を達成するためには、η１＞８５％、η２＞８０％及びη３＜７５％を満たす回折効率を有することが特に好ましい。【０１３５】
なお、本実施の形態では、対物光学系ＯＢＪを収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２とからなる２群構成とした。これにより、回折パワーや屈折パワーを２つの光学素子に分担させることができ、設計の自由度が向上するという利点がある。しかしながら、これに限らず、対物光学系ＯＢＪを単玉のレンズで構成し、このレンズの入射面と出射面に上記光路差付与構造や回折構造を設けても良い。【０１３６】
また、収差補正素子Ｌ１に第１回折構造５０と第１光路差付与構造１０を設けてもよく、この場合、集光素子Ｌ２をガラスレンズとすることができるので、温度変化による収差の発生を抑制できる。【０１３７】
また、本実施の形態のように、収差補正素子Ｌ１の入射面Ｓ１に第１光路差付与構造１０を設けることが好ましい。特に、第１光路差付与構造１０を、図３に示したような所定数の段部１１と不連続部位１２とからなる階段構造を有する構成とした場合、図４に示したような鋸歯状の構造に比べて、光軸Ｌ方向の段差量が大きくなり、光束の斜入射によるケラレが生じて回折効率の低下がおきるので、これを防止すべく、各光束が平行光として、その入射する面（収差補正素子Ｌ１の入射面Ｓ１）に第１光路差付与構造１０を設けることが望ましい。【０１３８】
また、収差補正素子Ｌ１の焦点距離をｆ１、集光素子Ｌ２の焦点距離をｆ２としたとき、｜ｆ１／ｆ２｜＜０．１  且つ  ｜１／ｆ１｜＜０．０２を満たすように、あるいは、収差補正素子Ｌ１の少なくとも１面の近軸における曲率半径がほぼ無限大となるようにレンズ設計を行なうことが好ましい。このように収差補正素子Ｌ１の屈折力を弱くすることで、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２との組み付け誤差を抑えることができる。また、光学面の形状が略平面とすることで、第１光路差付与構造１０や第１回折構造５０などを光学面上に形成しやすくなる。【０１３９】
また、ＣＤに対して情報の再生及び／又は記録を行う場合における、Ｎ次回折光の焦点位置と、（Ｎ±１）次回折光の焦点位置とが、光軸Ｌ方向に０．０１ｍｍ以上離すことが好ましく、これは、第１回折構造５０を光路差関数φ１を用いて、φ１（ｈ）＝（Ａ２×ｈ２＋Ａ４×ｈ４＋・・・＋Ａ２ｉ×ｈ２ｉ）×λ×Nで規定したとき、係数Ａ２≠０とすることにより達成される。但し、ｈは光軸からの高さ、Ａ２ｉは光路差関数の係数、ｉは自然数、λはブレーズ化波長。【０１４０】
なお、本実施の形態では、収差補正素子Ｌ１の入射面Ｓ１を、第１領域ＡＲＥＡ１、第２領域ＡＲＥＡ２及び第３領域ＡＲＥＡ３の３つに分割するものとしたが、第３領域を設けずに、入射面Ｓ１を第１領域ＡＲＥＡ１と第２領域ＡＲＥＡ２とに分割して、第２領域ＡＲＥＡ２を通過した波長λ３の光束に対して回折作用を付与することにより、この波長λ３の光束をフレア化させるようにしてもよい。【０１４１】
また、対物光学系ＯＢＪを構成する光学素子にダイクロイックフィルタや液晶位相制御素子を取り付けることで、対物光学系に開口制限機能を持たせることにしても良い。【０１４２】
なお、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情報記録再生装置を得ることが出来る。
[第２の実施の形態]
高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、第１波長λ１＝４０７ｎｍ、第１保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．６５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２波長λ２＝６５８ｎｍ、第２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、第３保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．５０である。【０１４３】
第２の実施の形態における光ピックアップ装置ＰＵの構成の概要は、図１に示したような第１の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【実施例】
【０１４４】
次に、実施例について説明する。【０１４５】
本実施例は、図６に示すように、対物光学系ＯＢＪが収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の２群で構成されており、収差補正素子Ｌ１の入射面Ｓ１（第２面）と出射面Ｓ２（第３面）は平面で構成されており、集光素子Ｌ２の入射面Ｓ１（第４面）と出射面Ｓ２（第５面）は非球面で構成されている。【０１４６】
収差補正素子Ｌ１の入射面Ｓ１には、所定数の段部と不連続部位とからなる階段構造を有する輪帯を、光軸を中心とした同心円状に複数形成した構造からなる第１光路差付与構造１０が形成されており、集光素子Ｌ２の入射面Ｓ１には、複数の輪帯１５から構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状の第１回折構造５０が形成されている。【０１４７】
表１に第１の実施例のレンズデータを示す。【０１４８】
【表１】
2005083694.tif 000002
【０１４９】
表１中のＲｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸方向の位置、ｎｉは各面の屈折率を表している。【０１５０】
表１に示すように、本実施例の光ピックアップ装置は、第１光源から出射される波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．１０ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、結像倍率ｍ＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝６５８ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．１９ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６５、結像倍率ｍ＝０に設定されており、第３光源から出射される波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝３．２３ｍｍ、像側開口数ＮＡ３＝０．５０、結像倍率ｍ＝０に設定されている。尚、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１となる光軸Ｌからの高さｈｍａｘは、２．０１５ｍｍである。【０１５１】
また、第１光路差付与構造の不連続部位の数ｍ１＝５、段部の光軸方向の段差量ｄ１＝２×ｄとなっており、波長λ１の光束と波長λ３の光束に対しては位相の変化量が少なく（実質的に位相差が付与されず）、回折作用が生じず、波長λ２の光束に対してのみ実質的に位相差が与えられ、回折作用が生じる。尚、ここで、ｄ＝λ１／（ｎ１−１）である。【０１５２】
集光素子の入射面（第４面）及び出射面（第５面）は、それぞれ下記式（３）に表１に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。【０１５３】
【数１】
2005083694.tif 000003
【０１５４】
ここで、Ｘ（ｈ）は光学面における非球面の頂点に接する平面からの光軸方向における変化量（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ２ｉは非球面係数、ｈは光軸からの高さである。【０１５５】
また、第１光路差付与構造及び第１回折構造により各波長の光束に対して与えられる光路長は下記式（４）の光路差関数に、表１に示す係数を代入した数式で規定される。【０１５６】
【数２】
2005083694.tif 000004
【０１５７】
Ｂ２iは光路差関数の係数である。【０１５８】
表１に示すように、第１の実施例において、対物光学系から出射されるＬ次回折光、Ｍ次回折光及びＮ次回折光のそれぞれの回折効率（η１、η２、η３）は、η１＝７２％、η２＝９９％、η３＝６５％であった。【０１５９】
図７は、波長λ１の光束光束（ＨＤ）、波長λ２の光束（ＤＶＤ）及び波長λ３の光束（ＣＤ）の縦球面収差図である。【０１６０】
図７より、全ての光束において、必要開口数内で縦球面収差が抑制されていることが分かる。
表２に第２の実施例のレンズデータを示す。【０１６１】
【表２】
2005083694.tif 000005
【０１６２】
表１中のＲｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸方向の位置、ｎｉは各面の屈折率を表している。【０１６３】
表１に示すように、本実施例の光ピックアップ装置は、第１光源から出射される波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．１０ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、結像倍率ｍ＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝６５８ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．１５ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６５、結像倍率ｍ＝０に設定されており、第３光源から出射される波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝３．１５ｍｍ、像側開口数ＮＡ３＝０．５０、結像倍率ｍ＝０に設定されている。尚、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１となる光軸Ｌからの高さｈｍａｘは、２．０１５ｍｍである。【０１６４】
また、第１光路差付与構造の不連続部位の数ｍ１＝５、段部の光軸方向の段差量ｄ１＝２×ｄとなっており、波長λ１の光束と波長λ３の光束に対しては位相の変化量が少なく、回折作用が生じず、波長λ２の光束に対してのみ実質的に位相差が与えられ、回折作用が生じる。尚、ここで、ｄ＝λ１／（ｎ１−１）である。【０１６５】
集光素子の入射面（第４面）及び出射面（第５面）は、第１の実施例と同様に、上記式（３）に表２に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。【０１６６】
また、第１光路差付与構造及び第１回折構造により各波長の光束に対して与えられる光路長は、第１の実施例と同様に、上記式（４）の光路差関数に、表２に示す係数を代入した数式で規定される。【０１６７】
表２に示すように、第２の実施例において、対物光学系から出射されるＬ次回折光、Ｍ次回折光及びＮ次回折光のそれぞれの回折効率（η１、η２、η３）は、η１＝７７％、η２＝８３％、η３＝６３％であった。また、Ｎ次回折光の焦点位置と、（Ｎ±１）次回折光の焦点位置とは、光軸方向に０．１ｍｍ以上離れている。【０１６８】
尚、第１及び第２の実施例においては、高密度光ディスクとしてＨＤ  ＤＶＤに関連する第２の実施の形態に係わる対物光学系を具体例として例示したが、高密度光ディスクとしてＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）に関連する第１の実施の形態に本発明を適用できること、また、その際に、必要に応じてその対物光学系を適宜設計又は設計変更できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本発明によれば、青紫色レーザ光源を使用する高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤの３種類のディスク間での互換性を有し、光量確保と球面収差補正を両立した対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を得られる。
【図７】
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【図１】
2005083694.tif 000007
【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
2005083694.tif 000012
【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６】
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【国際調査報告】
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