JP4577664B2 - 光ピックアップ装置、対物レンズ、回折光学素子、光学素子及び記録・再生装置 - Google Patents

光ピックアップ装置、対物レンズ、回折光学素子、光学素子及び記録・再生装置 Download PDF

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Description

本発明は、規格（記録密度）の異なる３種類の光情報記録媒体について情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うことのできる光ピックアップ装置、この光ピックアップ装置に用いることのできる対物レンズ、回折光学素子、光学素子及びこの光ピックアップ装置を用いた記録・再生装置に関するものである。
従来、光ディスクは、ＣＤ（コンパクトディスク）またはＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）で知られているように、音楽情報、映像情報の蓄積またはコンピューターデータの保存といった、デジタルデータの保存に広く使われている。そのような中で、近年、情報化社会の到来とともに、これらの光ディスクの大容量化が強く求められている。
光ディスクにおいて、単位面積あたりの記録容量（記録密度）を向上するためには、光ピックアップ光学系から得られるスポット径を小さくすることで実現できる。このスポットの最小径は、周知のように、λ／ＮＡ（ただし、λは光源の波長、ＮＡは光学系の開口数）に比例するので、スポット径を小さくするためには、光ピックアップ装置で使用される光源の短波長化、及び光学系において光情報記録媒体に対向して配置される対物レンズの高開口数化が有効である。
このうち、光源の短波長化に関しては、波長４００ｎｍ程度の光を発生する青紫色半導体レーザやＳＨＧ青紫色レーザの研究が進展を見せており実用化が近いといえる。この短波長光源を使用すると、ＤＶＤと同じＮＡ０．６５の対物レンズを使用した場合でも、ＤＶＤと同じ直径ｌ２ｃｍの光ディスクに対して、１５ＧＢ程度の情報の記録が可能となる。
また、対物レンズの高開口数化に関しては、２つのレンズを組み合わせることで、ＮＡ０．８５の高開口数化を実現する対物レンズの研究が進んでいる。上述の短波長光源とＮＡ０．８５の高開口数対物レンズを組み合わせて使用することで、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、２５ＧＢ程度の情報の記録が可能となり、より一層の高密度化が達成できる。
このような背景のもと、ＤＶＤをより高密度化した光ディスク（以下、本明細書では、「高密度ＤＶＤ」、と呼ぶ。）を記録／再生するための光ピックアップシステムの研究開発が進んでいるが、この光ピックアップシステムにおいては、高密度ＤＶＤ及びＤＶＤ及びＣＤといった規格（記録密度）の異なる３種類の光ディスクをコンパチブルに記録／再生することが求められる。
コンパチビィリティーを達成する手段として、それぞれの光ディスクの規格に対応した対物レンズを機械的に切り替えたり、それぞれの光ディスクの規格に対応した光ピックアップ装置を搭載することが考えられるが、この場合、対物レンズの切替機構や複数の光ピックアップ装置が必要となるので、光ピックアップシステムの大型化、部品点数の増大、製造コストの上昇等が招来される。従って、ＤＶＤ及びＣＤとのコンパチビィリティーが求められる高密度ＤＶＤ用の光ピックアップシステムにおいて、光ピックアップシステムの小型化、部品点数の削減、コストダウンを図る上で、もっとも好ましいのは、規格の異なる３種類の光ディスクに対して、共通の対物レンズを用いて記録／再生を行うようにすることであるといえる。
ここで、規格の異なる３種類の光ディスクに対して、共通の対物レンズを用いて記録／再生を行う光ピックアップシステムを実現するにあたっての課題を以下に述べる。
（１）ＣＤを記録／再生する場合の、対物レンズとＣＤとの距離（作動距離）の確保
これは、対物レンズの開口数をＤＶＤ（ＮＡ０．６乃至０．６５）よりも更に高めることによって顕在化する課題である。高密度ＤＶＤにおいて、対物レンズが高開口数化された場合には、保護基板（透明基板あるいは保護層ともいう）厚さがＤＶＤと同じ０．６ｍｍのままでは、光ディスクのスキュー（傾きや反り）によって発生するコマ収差が大きくなるので、保護基板厚さを０．６ｍｍよりも小さくして、光ディスクのスキューに対するマージンを確保する必要がある。このような高密度ＤＶＤ用の高開口数対物レンズとして、２枚のレンズから構成された対物レンズが特開平１０−１２３４１０号公報に記載されている。
ところが、２群構成の対物レンズは、従来の１群構成の対物レンズに比べて、作動距離が短くなるので、ＣＤを記録／再生する場合の十分な作動距離を確保することが非常に困難となる。ＣＤはＮＡ０．４５乃至０．５と、高密度ＤＶＤやＤＶＤに比べて開口数が小さいために、保護基板厚さの製造誤差に対する公差がそれほど厳しくないので保護基板厚さの個体差によるばらつきが大きい。従って、ＣＤと対物レンズとの衝突によるデータの破損を防ぐためには、ＣＤを記録／再生する場合の作動距離を十分確保しておく必要があり、この観点から、規格の異なる３種類の光ディスクに対して、共通の対物レンズを用いて記録／再生を行う光ピックアップシステムにおいては、２群構成の対物レンズは好ましくないといえる。
（２）保護基板厚さの違いによって発生する球面収差
ＣＤ（保譲基板厚さ１．２ｍｍ）とＤＶＤ（保護基板厚さ０．６ｍｍ）とでは、保護基板厚さに０．６ｍｍの違いがある。従って、規格の異なる３種類の光ディスクに対して、共通の対物レンズを用いて記録／再生を行う光ピックアップシステムにおいては、少なくともＣＤとＤＶＤとの保護基板厚さの違いによる球面収差を補正するための手段を設ける必要がある。さらに、対物レンズの高開口数化によって高密度ＤＶＤの保護基板厚さが０．６ｍｍよりも薄くなった場合には、保護基板厚さの互いに異なる３種類の光ディスクの保護基板厚さの違いによる球面収差を補正するための手段を設ける必要がある。
（３）波長の違いによって発生する球面収差
上述したように、高密度ＤＶＤでは、高密度化を達成するために、波長４００ｎｍ程度の青紫色光源を使う。ところが、従来の屈折型の対物レンズでは、レンズ材料の分散によって球面収差が変化するために、波長の異なる光源からの光束を、それぞれの光ディスクの情報記録面上にほぼ無収差で集光することは困難である。そのため、高密度ＤＶＤ（波長４００ｎｍ）と、ＤＶＤ（波長６５０ｎｍ）と、ＣＤ（波長７８０ｎｍ）とのコンパチビリティーを達成するためには、波長の違いによって球面収差を補正するために何らかの工夫が必要となる。
ところで、光ピックアップ装置においては、光源の短波長化と対物レンズの高開口数化によって、以下に述べる問題が顕在化する。
第１の問題は、４００ｎｍ程度の短波長の光を発生する青紫色半導体レーザを光源として用いる場合に対物レンズで発生する色収差である。
光ピックアップ装置において、半導体レーザから出射されるレーザ光は一般に単一波長（シングルモード）であるので、対物レンズの色収差は問題にはならないと思われているが、実際には、温度変化や出力変化等により中心波長が瞬時的に数ｎｍ変化するモードホッピングを起こす。モードホッピングは対物レンズのフォーカシング機構が追従できないような瞬時的に起こる波長変化であるので、対物レンズの色収差が補正されていないと、結像位置の移動量に対応したデフォーカス成分が付加され、対物レンズの集光性能が劣化する。
対物レンズに用いられる一般的なレンズ材料の分散は、赤外半導体レーザや赤色半導体レーザの波長領域である６００ｎｍ乃至８００ｎｍにおいては、それほど大きくないので、ＣＤやＤＶＤでは、モードホッピングによる対物レンズの集光性能の劣化は問題にはならなかった。
ところが、青紫色半導体レーザの波長領域である４００ｎｍ近傍では、レンズ材料の分散は非常に大きくなるので、わずか数ｎｍの波長変化でも、対物レンズの結像位置は大きくずれる。そのため、高密度ＤＶＤにおいて、青紫色半導体レーザを光源として使用する場合は、光源がモードホッピングを起こした場合、対物レンズの集光性能が大きく劣化し、安定した記録や再生が行えないおそれがある。
第２の問題は、対物レンズを高開口数化した場合に様々な誤差要因で発生する球面収差の問題である。
光ピックアップ装置において、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差によって発生する球面収差は対物レンズの開口数の４乗に比例する。この球面収差を許容内に抑えるためには、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差に対する公差を数μｍとする必要があるが、この場合、光ディスクの製造の歩留まりが悪くなり、量産として成立しないおそれがある。
従って、高密度ＤＶＤにおいて、対物レンズを高開口数化した場合には、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差によって発生する球面収差を補正するための手段を設ける必要がある。
また、光ピックアップ装置において、対物レンズは、大量生産に有利であることから、プラスチックレンズが多く用いられる。しかるに、その屈折率の温度変化において、プラスチックレンズはガラスレンズに比べて２桁程度大きいことが知られている。
プラスチック材料から形成された対物レンズの環境温度が上昇して、その対物レンズの屈折率が変化すると、対物レンズでは球面収差が劣化する。この屈折率変化による球面収差の劣化量は対物レンズの開口数の４乗に比例するので、高開口数対物レンズを使用する高密度ＤＶＤにおいて、対物レンズをプラスチックレンズとした場合には、使用可能な温度範囲が非常に狭くなってしまうので、屈折率変化によって発生する球面収差を補正するための手段を設ける必要がある。
特開２００１−１９５７６９公報
特開平１０−１２３４１０号公報
そこで、本発明は、上述の各課題を解決し、高密度ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤの規格の異なる３種類の光ディスクの相互互換を共通の対物レンズを使用して達成する光ピックアップ装置であって、ＣＤの作動距離が十分に確保された光ピックアップ装置を提案することを目的とする。
また、高密度ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤの規格の異なる３種類の光ディスクの相互互換を、回折光学素子と共通の対物レンズとを使用して達成する光ピックアップ装置であって、それぞれの光ディスクの使用波長領域において十分な光量の利用効率が得られる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
また、高密度ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤの規格の異なる３種類の光ディスクの相互互換を共通の対物レンズを使用して達成する光ピックアップ装置であって、高密度ＤＶＤを記録及び／または再生する場合に問題となる、光源の単色性の悪さに起因する色収差、温度変化や湿度変化等の環境変化に起因してプラスチックレンズで発生する球面収差、保護基板厚さの製造誤差に起因する球面収差を良好に補正でき、安定した高密度ＤＶＤの記録及び／または再生が行える光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
また、上述の光ピックアップ装置に用いることのできる対物レンズ、回折光学素子及び光学素子を提供することを目的とする。更に、上述の光ピックアップ装置を用いて３種類の規格の異なる光情報記録媒体について情報の記録及び／または再生を行うことのできる記録・再生装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明による光ピックアップ装置は、波長λ１の第１光源からの第１光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ３＞ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、かつ、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置であって、前記第１光源と、前記第２光源と、前記第３光源と、前記対物レンズとを有し、前記対物レンズは単玉のレンズであり、前記第２光源と前記第３光源は同一の基板上に形成されており、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｍ１＝０、
ｍ２＜０、
ｍ３＜０、
但し、ｍ１は、前記第１光束における前記対物レンズの結像倍率を表し、ｍ２は、前記第２光束における前記対物レンズの結像倍率を表し、ｍ３は、前記第３光束における対物レンズの結像倍率を表す。
上記光ピックアップ装置において、前記第２光源と前記第３光源は同一のケース内に収納されていることが好ましい。
本発明によるもう１つの光ピックアップ装置は、波長λ１の第１光源からの第１光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ３＞ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、かつ、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置であって、前記第１光源と、前記第２光源と、前記第３光源と、前記対物レンズとを有し、前記対物レンズは単玉のレンズであり、前記第２光源と前記第３光源は同一のケース内に収納されており、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｍ１＝０、
ｍ２＜０、
ｍ３＜０、
但し、ｍ１は、前記第１光束における前記対物レンズの結像倍率を表し、ｍ２は、前記第２光束における前記対物レンズの結像倍率を表し、ｍ３は、前記第３光束における対物レンズの結像倍率を表す。
上記各光ピックアップ装置によれば、３種類の規格の異なる光情報記録媒体について情報の記録または再生を行う際に問題となる保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正できるので、３種類の規格の異なる光情報記録媒体について情報の記録及び／又は再生を共通の対物レンズを用いて行うことができる。また、対物レンズは単玉レンズであるので、特に、透明基板厚の大きい、第３の光情報記録媒体について情報の記録及び／または再生を行う際の作動距離を十分に確保できる。
上記各光ピックアップ装置において、前記対物レンズは、プラスチックレンズであることが好ましい。また、前記対物レンズは、ガラスレンズであってもよい。
また、以下の条件式を満たすことが好ましい。
−０．２０＜ｍ２＜−０．０２
また、以下の条件式を満たすことが好ましい。
−０．２５＜ｍ３＜−０．０５
また、以下の条件式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ、
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ、
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
この場合、前記第１光束領域、前記第２光束領域、前記第３光束領域には、それぞれ前記回折構造が形成され、前記第１光束領域に入射した前記第１乃至第３光束は、それぞれ前記第１乃至第３光情報記録媒体の各情報記録面上に回折限界内となる状態で集光し、かつ、前記第２光束領域に入射した前記第１及び第２光束は、それぞれ前記第１及び第２光情報記録媒体の各情報記録面上に回折限界内となる状態で集光するが、前記第２光束領域に入射した前記第３光束は、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上での集光に寄与せず、かつ、前記第３光束領域に入射した前記第１光束は、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に回折限界内となる状態で集光するが、前記第３光束領域に入射した前記第２及び第３光束は、それぞれ前記第２及び第３光情報記録媒体の各情報記録面上での集光に寄与しないことが好ましい。
本発明による、音声、及び／または、画像の記録装置、及び／または、音声、及び／または、画像の再生装置は、上述の各光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする。
本発明による光ピックアップ装置の光学系について図１乃至図８により説明する。なお、図１乃至図８は各光ピックアップ装置を概念的に示す図であり、図１乃至図８では光ピックアップ装置の光学系を構成する各素子の位置を概念的に示すために各素子が分離して示されているが、実際には同一の素子が２つ又は２つ以上の素子の機能を有する場合がある。
本発明による光ピックアップ装置の光学系では、図１乃至図４のように、第１光源乃至第３光源からの各光束が通過する共通の光路に基板厚差補正手段を配置する。
即ち、図１の光ピックアップ装置は、第１光源１乃至第３光源３からの各光束が通過する共通の光路に第１保護基板乃至第３保護基板のうち少なくとも２つの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段７と、第１光情報記録媒体が有する第１保護基板の厚み誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段６と、第１光源１の微少な波長変化に起因する色収差を補正するための色収差補正手段５と、を有し、第１光源１，第２光源２及び第３光源３からの各光束は共通の対物レンズ８により第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。なお、各光源からの発散光束は光路合成手段９ａにより光路が合成された後、カップリングレンズ４ａにより発散角が変換されて、対物レンズ８にむかう。
また、図２の光ピックアップ装置は、第１光源１乃至第３光源３からの各光束が通過する共通の光路に、基板厚差補正手段７と、基板厚誤差補正手段６と、を配置し、第１光源１からの光束のみが通過する光路に、第１光源１の微少な波長変化に起因する色収差を補正するための色収差補正手段５を配置し、第１光源１，第２光源２及び第３光源３からの各光束は共通の対物レンズ８により第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。カップリングレンズ４ｂにより発散角が変換された第１光源１からの光束と、カップリングレンズ４ｃにより発散角が変換された第２光源２及び第３光源３からの光束は、光路合成手段９ａにより光路が合成された後、対物レンズ８にむかうが、以下の図３乃至図７の光ピックアップ装置でも同様である。
また、図３のピックアップ装置は、第１光源１乃至第３光源３からの各光束が通過する共通の光路に色収差補正手段５と基板厚差補正手段７とを配置し、第１光源１からの光束のみが通過する光路に第１保護基板の厚み誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段６を配置し、第１光源１，第２光源２及び第３光源３からの各光束は共通の対物レンズ８により第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
また、図４の光ピックアップ装置は、第１光源１乃至第３光源３からの各光束が通過する共通の光路に基板厚差補正手段７を配置し、第１光源１からの光束のみが通過する光路に第１光源１の微少な波長変化に起因する色収差を補正するための色収差補正手段５と、第１保護基板の厚み誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段６とを配置し、第１光源１，第２光源２及び第３光源３からの各光束は共通の対物レンズ８により第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
また、図５の光ピックアップ装置は、第１光源１乃至第３光源３からの各光束が通過する共通の光路に色収差補正手段５を配置し、第２光源２及び第３光源３からの各光束のみが通過する共通の光路に第１保護基板乃至第３保護基板のうち少なくとも２つの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段７を配置し、第１光源１からの光束のみが通過する光路に第１の保護基板の厚み誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段６を配置し、第１光源１，第２光源２及び第３光源３からの各光束は共通の対物レンズ８により第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
また、図６の光ピックアップ装置は、第１光源１乃至第３光源３からの各光束が通過する共通の光路に基板厚誤差補正手段６を配置し、第２光源２及び第３光源３からの各光束のみが通過する共通の光路に第１保護基板乃至第３保護基板のうち少なくとも２つの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段７を配置し、第１光源１からの光束のみが通過する光路に第１光源の微少な波長変化に起因する色収差を補正するための色収差補正手段５を配置し、第１光源１，第２光源２及び第３光源３からの各光束は共通の対物レンズ８により第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
また、図７の光ピックアップ装置は、第２光源２及び第３光源３からの各光束のみが通過する共通の光路に第１保護基板乃至第３保護基板のうち少なくとも２つの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段７を配置し、第１光源１からの光束のみが通過する光路に第１光源１の微少な波長変化に起因して変化する色収差を補正するための色収差補正手段５と、第１の保護基板厚の厚み誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段６とを配置し、第１光源１，第２光源２及び第３光源３からの各光束は共通の対物レンズ８により第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
また、本発明による光ピックアップ装置の光学系では、図８のように、第２光源からの光束のみが通過する光路に、第１保護基板及び第２保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段７ａを配置し、さらに、第３光源からの光束のみが通過する光路に、第１保護基板及び第３保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段７ｂを配置する。
即ち、図８の光ピックアップ装置は、第１光源１からの光束のみが通過する光路に色収差補正手段５と基板厚誤差補正手段６とを配置し、第２光源２からの光束のみが通過する光路に第１保護基板及び第２保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段７ａを配置し、第３光源３からの光束のみが通過する光路に、第１保護基板及び第３保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段７ｂを配置する。カップリングレンズ４ｂで発散角が変換された第１光源１からの光束と、カップリングレンズ４ｄで発散角が変換された第２光源２からの光束は、光路合成手段９ｂにより光路が合成されて、カップリングレンズ４ｅで発散角が変換された第３光源３からの光束は、光路合成手段９ｃにより第１光源１及び第２光源２からの光束と光路が合成される。第１光源１，第２光源２及び第３光源３からの各光束は共通の対物レンズ８により第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
なお、図１乃至図８の光ピックアップ装置では、各光源からの発散光束の発散角を、カップリングレンズ４ａまたはカップリングレンズ４ｂまたはカップリングレンズ４ｃまたはカップリングレンズ４ｄを用いて変換する構成としたが、かかるカップリングレンズは本発明による光ピックアップ装置の光学系には含まれない場合もある。また、図１乃至図７の光ピックアップ装置では、図面の簡略化のために第２光源と第３光源を同一の記号を用いて表しているが、実際の光ピックアップ装置では、第２光源と第３光源は別体の光源である場合もある。さらに、図１乃至図８の光ピックアップ装置では、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体を同一の記号１０を用いて表しているが、実際の光ピックアップ装置では各光情報記録媒体は当然別々である。さらに、図１乃至図８の光ピックアップ装置では、対物レンズ８を駆動するためのアクチュエータや１／４波長板、光情報記録媒体１０からの反射光束を検出するための光検出器等は省略されているが、実際の光ピックアップ装置ではこれらを有する。
上述の光ピックアップ装置において、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をそれぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３としたとき、前記第１光源の波長λ１、前記第２光源の波長λ２、前記第３光源の波長λ３、前記第１保護基板の厚さｔ１、前記第２保護基板の厚さｔ２、前記第３保護基板の厚さｔ３、及び、前記対物レンズの所定の像側開口数ＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３が次式を満たすことが好ましい。
３５０ｎｍ＜λ１＜５５０ｎｍ
６００ｎｍ＜λ２＜７００ｎｍ
７００ｎｍ＜λ３＜８５０ｎｍ
０．０ｍｍ≦ｔ１＜０．３ｍｍ
０．５ｍｍ＜ｔ２＜０．７ｍｍ
１．０ｍｍ＜ｔ３＜１．３ｍｍ
０．９９＞ＮＡ１≧０．８０
０．８０＞ＮＡ２≧０．５５
０．５５＞ＮＡ３≧０．４０
また、前記対物レンズの前記波長λ１における焦点距離をｆ１（ｍｍ）、中心厚さをｄ（ｍｍ）、前記対物レンズに入射する前記波長λ１の光束の径をΦ１（ｍｍ）、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの作動距離をｆＢ３（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことが好ましい。
０．７＜ｄ／ｆ１＜１．５
２．８＜Φ１＜５．８
ｆＢ３＞０．２
また、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ３としたとき、次式を満たすことが好ましい。−１＜ｍ３＜０
また、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ２としたとき、次式を満たすことが好ましい。−１＜ｍ２＜０
上述のように、保護基板厚の異なる３種類の光情報記録媒体のうち、保護基板厚の大きい第２光情報記録媒体及び／または第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／または記録を行う場合に、対物レンズを、発散光束が入射する有限仕様とすると、作動距離を十分に確保することができる。
前記対物レンズはプラスチック材料から形成されるか、または、ガラス材料から形成される。
前記対物レンズはガラス転移点Ｔｇが４００℃以下のガラス材料から形成されたことを特徴とする。
前記基板厚差補正手段７は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成された少なくとも１つの回折面を有することが好ましい。
前記回折構造は、入射する光束の波長が長くなる方向に変化した場合に、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有することを特徴とする。
また、前記回折構造は前記対物レンズの少なくとも１つの光学面上に形成される。
また、前記基板厚差補正手段７は、光軸方向に変移することで、前記対物レンズに入射する光束のマージナル光線の傾角を変化させることができる少なくとも１つの可動光学素子と、前記可動光学素子を光軸方向に変移させるための駆動手段と、を備えることが好ましい。
また、前記基板厚差補正手段７は、少なくとも１つの屈折率分布可変材料層と、電場または磁場または熱を印加するための印加手段と、を備え、前記屈折率分布可変材料層に前記印加手段により電場または磁場または熱を印加することにより前記屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることが好ましい。
また、前記第１光情報記録媒体に情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ１、前記第２光情報記録媒体に情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ２、前記第３光情報記録媒体に情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ３としたとき、前記ｍ１、ｍ２、ｍ３のうち少なくとも２つの結像倍率の値を異なるようにすることで、前記第１保護基板乃至第３保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正することが好ましい。
上述の光ピックアップ装置において、前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数ＮＡ１が０．８以上であって、前記第１保護基板乃至第３保護基板のうち、前記第１保護基板の厚さ誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段６を、前記第１光源からの光束が通過する光路中に有することが好ましい。これにより、特に、高密度記録用の第１光情報記録媒体について安定した記録及び／または再生が可能となる。
また、前記第１光情報記録媒体は、同一光束入射面側に複数の情報記録層を有する構造を有し、前記第１光情報記録媒体の各々の情報記録層の情報記録面に、前記第１光源からの光束を集光させる際に、前記第１光情報記録媒体の光束入射面から各々の情報記録面までの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を、前記基板厚誤差補正手段６で補正することが好ましい。
また、前記基板厚誤差補正手段６は、光軸方向に変移することで、前記対物レンズに入射する前記第１光源からの光束のマージナル光線の傾角を変化させることができる少なくとも１つの可動光学素子と、前記可動光学素子を光軸方向に変移させるための駆動手段と、を備えることが好ましい。これにより、特に第１光情報記録媒体が有する第１の保護基板厚の厚み誤差に起因する球面収差を補正できるとともに、対物レンズ等の光学系を構成する光学素子の製造誤差、特に第１光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正できる。このため、特に、高密度記録用の第１光情報記録媒体について安定した記録及び／または再生が可能となる。
また、前記基板厚誤差補正手段６は、前記第１光源からの発散光束の発散角を変化させるためのカップリングレンズであって、前記カップリングレンズを構成する光学素子のうち少なくとも１つが前記可動光学素子であることが好ましい。または、前記基板厚誤差補正手段６は、少なくとも１つの正レンズ群と、少なくとも１つの負レンズ群とから構成され、略平行光束である入射光束を略平行光束として射出することのできるビームエキスパンダ、及び／または、ビームシュリンカであって、前記正レンズ群、及び前記負レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群が前記可動光学素子であることが好ましい。
また、前記基板厚誤差補正手段６は、少なくとも１つの屈折率分布可変材料層と、電場または磁場または熱を印加するための印加手段と、を備え、前記屈折率分布可変材料層に前記印加手段により電場または磁場または熱を印加することにより前記屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることが好ましい。これにより、特に第１光情報記録媒体が有する第１の保護基板厚の厚み誤差に起因する球面収差を補正できるとともに、対物レンズ等の光学系を構成する光学素子の製造誤差、特に第１光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正できる。このため、特に、高密度記録用の第１光情報記録媒体について安定した記録及び／または再生が可能となる。
上述の光ピックアップ装置において、前記第１光源の波長λ１が５５０ｎｍより短く、前記第１光源の微少な波長変化に起因する前記対物レンズの色収差を補正するための色収差補正手段５を、前記第１光源からの光束が通過する光路中に有することが好ましい。これにより、光源の単色性の悪さ等に起因する色収差を補正できる。このため、特に、高密度記録用の第１光情報記録媒体について安定した記録及び／または再生が可能となる。
前記第１光源乃至第３光源からの各光束がすべて通過する共通の光路に、前記色収差補正手段５を配置することが好ましい。
また、前記色収差補正手段５は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を有する２つの光学素子が、前記回折面を互いに対向するように近接して配置された構造を有し、前記２つの光学素子の材料は前記波長λ１近傍の波長領域で所定の屈折率差を有するとともに、前記２つの光学素子の材料の前記波長λ２近傍の波長領域、及びλ３近傍の波長領域での屈折率差が略零であることが好ましい。これにより、第１光源の波長近傍の光のみが光学素子間の屈折率差により回折するので第１光源の波長変動に起因する対物レンズ８の色収差を補正することができる。
また、前記色収差補正手段５は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有し、前記回折構造に前記第１光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ１、前記回折構造に前記第２光源からの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する前記第２光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ２、前記回折構造に前記第３光源からの波長λ３の第３光束が入射した場合に発生する前記第３光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ３とするとき、
｜ｎ１｜＞｜ｎ２｜≧｜ｎ３｜
を満たすことが好ましい。
この場合、前記回折構造は前記対物レンズの少なくとも１つの光学面上に形成されることが好ましい。
また、前記第１光源からの光束のみが通過し、かつ、前記第２光源及び前記第３光源からの光束は通過しない光路に、前記色収差補正手段を配置することが好ましい。
また、前記色収差補正手段５は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成された少なくとも１つの回折面を有し、第ｉ回折面の回折構造により透過波面に付加される光路差を、
Φbi＝ｎｉ・（ｂ2i・ｈｉ2＋ｂ4i・ｈｉ4＋ｂ6i・ｈｉ6＋・・・）
により定義される光路差関数で表す場合に（ここで、ｎｉは、前記第ｉ回折面の回折構造に前記波長λ１の光束が入射した場合に発生する、前記波長λ１の光束の回折光のうち最大の回折光量を有する回折光の回折次数、ｈｉは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2i、ｂ4i、ｂ6i、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ＝Σ（−２・ｎｉ・ｂ2i）
により定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ-1）が次式を満たすことが好ましい。
１．５０×１０-2＜ＰＤ＜１５．０×１０-2
上記式の下限以上で、光情報記録媒体の情報記録面上に集光された波面の軸上色収差が補正不足になりすぎず、また、上限以下で、光情報記録媒体の情報記録面上に集光された波面の軸上色収差が補正過剰になりすぎない。
また、前記色収差補正手段５は、相対的にアッベ数の大きい正レンズ群と相対的にアッベ数の小さい負レンズ群とから構成され、前記正レンズ群のアッベ数νｄＰ及び前記負レンズ群のアッベ数νｄＮが次式を満たすことにより、色収差を適切に補正することができる。
νｄＰ＞５５
νｄＮ＜３５
また、前記第１光源の波長が＋１ｎｍ変化した場合の、前記対物レンズと前記色収差補正手段とを合わせた光学系の近軸焦点位置の変化量ΔｆＢOBJ+CAが次式を満たすことが
好ましい。
｜ΔｆＢOBJ+CA・ＮＡ１2｜＜０．１５（μｍ）
なお、本明細書中において、「基板厚誤差補正手段６、及び／または、基板厚差補正手段７によって球面収差を（良好に）補正する」とは、少なくとも、基板厚誤差補正手段６、及び／または、基板厚差補正手段７と対物レンズとから構成される光学系を通過した光束が、各光情報記録媒体に対して情報の再生、及び／または、記録を行うのに必要な対物レンズの所定の各像側開口数内で、各情報記録媒体の情報記録面上に、λを光源の波長としたとき、波面収差が０．０７λｒｍｓ以下（より好ましくは０．０５λｒｍｓ以下）の状態で、集光されるように球面収差を補正することを指す。
上述の光ピックアップ装置において、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をそれぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３としたとき、
ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３
を満たし、前記ＮＡ１とＮＡ２とＮＡ３との開口切替手段を備えることにより、共通の対物レンズで第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体に対し情報の記録及び／または再生を行う際にそれぞれの対物レンズの所定の像側開口数に応じて開口の切り替えを行うことができる。
これにより、第２光情報記録媒体及び第３光情報記録媒体に対する情報の再生、及び／または、記録を行う場合に、各情報記録媒体上での集光スポットの大きさが必要以上に小さくなりすぎないので、ディスクスキューで発生するコマ収差を小さくすることができ、十分なディスクスキューマージンを得ることができる。また、必要開口数以上の領域を通過した、集光に寄与しない不要光を光検出器が検出するのを防ぐことができるので、良好なフォーカシング特性やトラッキング特性を得ることができる。
前記開口切替手段は、前記第１光源乃至前記第３光源からの各光束がすべて通過する共通の光路に配置されることを特徴とする。
前記開口切替手段は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成された少なくとも１つの回折面を有し、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合に、前記対物レンズの像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する前記開口切替手段の領域を通過する波長λ２の光束をフレア成分とし、及び／または、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合に、前記対物レンズの像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する前記開口切替手段の領域を通過する波長λ３の光束をフレア成分とすることで、第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または再生を行う場合に、第２光源からの波長λ２の光束を、ＮＡ１で決定される絞りに対し、開放で通過させても、ＮＡ２からＮＡ１に対応する開口切替手段の領域を通過した光束は、第２光情報記録媒体の情報記録面上への集光に寄与しないので、開口切替手段として機能する。第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合も同様に、第３光源からの波長λ３の光束を、ＮＡ１で決定される絞りに対し、開放で通過させても、ＮＡ３からＮＡ１に対応する開口切替手段の領域を通過した光束は、第３光情報記録媒体の情報記録面上への集光に寄与しないので、開口切替手段として機能する。このように、簡易な構造で、自動的に開口切替えを行うことができるので、特別な開口切替手段を設ける必要がなく、コスト上有利である。
また、前記開口切替手段と前記対物レンズとを合わせた光学系において、前記像側開口数ＮＡ２と前記第２保護基板の厚さｔ２と前記第２光源の波長λ２との組合せにおける波面収差が０．０７λ２ｒｍｓより小さいとともに、前記像側開口数ＮＡ１と前記第２保護基板の厚さｔ２と前記第２光源の波長λ２との組合せにおける波面収差が０．０７λ２ｒｍｓより大きく、及び／または、前記像側開口数ＮＡ３と前記第３保護基板の厚さｔ３と前記第３光源の波長λ３との組合せにおける波面収差が０．０７λ３ｒｍｓより小さいとともに、前記像側開口数ＮＡ１と前記第３保護基板の厚さｔ３と前記第３光源の波長λ３との組合せにおける波面収差が０．０７λ３ｒｍｓより大きいことが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合に、前記対物レンズの像側開口数ＮＡ２内に対応する前記開口切替手段の領域に入射する波長λ２の光束を透過するとともに、前記対物レンズの像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する前記開口切替手段の領域に入射する波長λ２の光束を遮断し、及び／または、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合に、前記対物レンズの像側開口数ＮＡ３内に対応する前記開口切替手段の領域に入射する波長λ３の光束を透過するとともに、前記対物レンズの像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する前記開口切替手段の領域に入射する波長λ３の光束を遮断するような波長選択性を有するように構成してもよく、第２光情報記録媒体及び第３光情報記録媒体に対する情報の再生、及び／または、記録を行う場合に、必要開口数以上の領域を通過した光束を自動的に遮断するので、特別な切り替え手段を設ける必要がなく、コスト上有利である。
また、前記開口切替手段は前記対物レンズの少なくとも１つの光学面上に形成されることが好ましく、開口切替手段を簡単に構成できる。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光束入射面側に配置されるとともに、前記対物レンズと一体となってトラッキングを行うことが好ましい。これにより良好なトラッキング特性を得ることができる。
上述の光ピックアップ装置において、前記対物レンズは、前記像側開口数ＮＡ１と前記第１保護基板の厚さｔ１と前記第１光源の波長λ１との組合せにおいて球面収差が最小となるように収差補正され、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合に、前記第２保護基板と前記第１保護基板との厚さの違いに起因して変化する球面収差を前記基板厚差補正手段で補正するとともに、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合に、前記第３保護基板と前記第１保護基板との厚さの違いに起因して変化する球面収差を前記基板厚差補正手段で補正することが好ましい。これにより、上述の対物レンズで第２または第３光情報記録媒体について再生または記録を行うときの第１の保護基板厚ｔ１に対する各保護基板厚の差に起因する球面収差を適正に補正できる。
また、前記第１光源乃至第３光源のうち少なくとも２つの光源はユニット化されていることが好ましく、このように一体化することで部品点数を削減でき、光ピックアップ装置をコンパクトに構成できるとともにコスト減に寄与できる。
また、前記基板厚差補正手段と、前記基板厚誤差補正手段と、前記色収差補正手段と、前記開口切替手段のうち、少なくとも２つは一体化されていることが好ましい。このように一体化することで部品点数を削減でき、光ピックアップ装置をコンパクトに構成できるとともにコスト減に寄与できる。
また、本発明による記録・再生装置は、上述のいずれかの光ピックアップ装置を搭載し、音声及び／または画像を記録し、及び／または、音声及び／または画像を再生可能なように構成できる。例えば、上述の本発明による各光ピックアップ装置は、例えば、次世代のより高密度な第１光情報記録媒体と、DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD＋RWD等の第２光情報記録媒体と、CD、CD-R,CD-RW,CD-Video,CD-ROM等の第３光情報記録媒体と、に対してコンパチブルなプレーヤーまたはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情報端末等の音声および／または画像の記録装置および／または再生装置に搭載することができる。
また、本発明による別の光ピックアップ装置は、波長λ１の第１光源からの光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置であって、前記光ピックアップ装置は、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録について、共通の対物レンズを用い、前記光ピックアップ装置は、前記第１光源乃至第３光源からの各光束がすべて通過する共通の光路中に配置された、前記第１保護基板厚乃至第３保護基板厚の差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段を有し、前記基板厚差補正手段は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有する回折光学素子であって、前記回折構造に前記第１光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ１、前記回折構造に前記第２光源からの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する前記第２光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ２、前記回折構造に前記第３光源からの波長λ３の第３光束が入射した場合に発生する前記第３光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ３とするとき、
｜ｎ１｜＞｜ｎ２｜
かつ
｜ｎ１｜＞｜ｎ３｜
を満たすとともに、前記波長λ１の光束により、前記第１光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ１、前記波長λ２の光束により、前記第２光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ２、前記波長λ３の光束により、前記第３光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ３、とするとき、前記対物レンズは、前記第１光束のｎ１次回折光を、前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために、前記開口数ＮＡ１内で、良好な波面を形成するように、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第２光束のｎ２次回折光を、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために、前記開口数ＮＡ２内で、良好な波面を形成するように、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第３光束のｎ３次回折光を、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために、前記開口数ＮＡ３内で、良好な波面を形成するように、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光できることを特徴とする。
この光ピックアップ装置によれば、第１光源乃至第３光源からのすべての光束が通過する共通の光路に配置した基板厚差補正手段としての回折光学素子により、第１保護基板から第３保護基板の厚さのうち、少なくとも２つの異なる保護基板の厚さの差によって発生する球面収差を補正するので第１光情報記録媒体から第３光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記緑または再生を良好に行うことができる。
ところで、規格の異なる３種類の光ディスクに対してコンパチブルな光ピックアップシステムでは、波長の異なる３つの光源が搭載される。その理由として以下のことがあげられる。第１に、短波長領域における、２層ディスクの情報記録層間の中間層の反射率が低いために、高密度ＤＶＤ用の短波長レーザ光源では、ＤＶＤの２層ディスクが読めないことである。第２に、ＣＤ−ＲやＣＤ−ＲＷでは、情報記録面の反射特性を利用して情報の再生を行うために、高密度ＤＶＤ用の短波長レーザ光源では、ＣＤのうち、ＣＤ−ＲやＣＤ−ＲＷを読めないことである。従って、規格の異なる３種類の光ディスクに対してコンパチブルな光ピックアップシステムでは、４００ｎｍ付近のレーザ光を発生する青紫色レーザと、６５０ｎｍ付近のレーザ光を発生する赤色レーザと、７８０ｎｍ付近のレーザ光を発生する赤外レーザとの波長の異なる３つの光源を搭載する必要がある。
そこで、本発明による光ピックアップ装置では、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体の記録及び再生に使用する光束の回折次数が上式を満たすように基板厚差補正手段としての回折光学素子の回折構造を決定するようにした。これにより、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体の記録及び再生に使用する各光束に対して、それぞれ高い回折効率を得ることができる。また、基板厚差補正手段としての回折光学素子の回折作用により、波長の異なるそれぞれの光源からの光束が対物レンズに入射した場合に、レンズ材料の分散によって変化する球面収差を補正するので、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記録または再生を良好に行うことができる。
前記回折構造が波長λB、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３００ｎｍ＜λB＜５００ｎｍ
また、次式を満たすことが好ましい。
｜ｎ１｜≦１０
また、前記回折構造が波長λB、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
３４０ｎｍ＜λB＜４４０ｎｍ
｜ｎ１｜＝２
｜ｎ２｜＝１
｜ｎ３｜＝１
また、次式を満たすことが好ましい。
３５０ｎｍ＜λB＜４２０ｎｍ
また、前記回折構造が波長λB、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
４００ｎｍ＜λB＜４３０ｎｍ
｜ｎ１｜＝６
｜ｎ２｜＝４
｜ｎ３｜＝３
また、次式を満たすことが好ましい。
４０５ｎｍ＜λB＜４２５ｎｍ
また、前記回折構造が波長λB、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
３９０ｎｍ＜λB＜４２０ｎｍ
｜ｎ１｜＝８
｜ｎ２｜＝５
｜ｎ３｜＝４
次式を満たすことが好ましい。
３９５ｎｍ＜λB＜４１５ｎｍ
また、前記回折構造が波長λB、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
３９０ｎｍ＜λB＜４２０ｎｍ
｜ｎ１｜＝１０
｜ｎ２｜＝６
｜ｎ３｜＝５
次式を満たすことが好ましい。
３９５ｎｍ＜λB＜４１２ｎｍ
また、前記回折構造は正のパワーを有することが好ましい。
また、波長λB、前記回折次数ｎ１で最適化された前記回折構造の前記複数の輪帯の各位置を、
Φb＝ｎ１・（ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・）
により定義される光路差関数で表す場合に（ここで、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ＝Σ（−２・ｎ１・ｂ2）
により定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ-1）が次式を満たすことが好ましい。
０．５×１０-2＜ＰＤ＜５．０×１０-2
また、前記対物レンズは屈折型対物レンズであって、前記屈折型対物レンズの光束入射側に前記回折光学素子が配置されることが好ましい。
また、前記回折構造は、平面上に形成されることが好ましい。または、前記回折構造は、非球面上に形成されることが好ましい。
また、前記回折光学素子は、前記屈折型対物レンズと一体となってトラッキング駆動されることが好ましい。
また、前記回折光学素子は、前記対物レンズと一体に形成され、前記回折構造は前記対物レンズの光源側の光学面を含む、少なくとも１つの光学面上に形成されることが好ましい。
また、前記像側開口数ＮＡ１乃至ＮＡ３は、
ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３
を満たすとともに、
前記光ピックアップ装置は、前記第１光源乃至第３光源からの各光束がすべて通過する共通の光路中に配置された、ＮＡ１とＮＡ２とＮＡ３との開口切替手段を有することが好ましい。前記開口切替手段は、前記対物レンズと一体となってトラッキング駆動されることが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記基板厚差補正手段と同一の回折光学素子であって、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する、前記開口切替手段の領域を通過した前記波長λ２の光束は、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上まで到達するとともに、前記波長λ２の光束は、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ２ｒｍｓより大きい状態であり、かつ前記波長λ２の光束は、前記像側開口数ＮＡ２内で、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ２ｒｍｓより小さい状態であることが好ましい。
また、前記波長λ２の光束は、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．２０λ２ｒｍｓより大きい状態であることが好ましい。
また、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する、前記開口切替手段の領域を通過した前記波長λ３の光束は、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上まで到達するとともに、前記波長λ３の光束は、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ３ｒｍｓより大きい状態であり、かつ前記波長λ３の光束は、前記像側開口数ＮＡ３内で、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ３ｒｍｓより小さい状態であることが好ましい。
また、前記波長λ３の光束は、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．２０λ３ｒｍｓより大きい状態であることが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する前記波長λ２の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する前記波長λ２の光束が前記第２光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能であることが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する波長λ１の光束を透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する波長λ２の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する前記波長λ３の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する前記波長λ３の光束が前記第３光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能であることが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する波長λ１の光束を透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する波長λ３の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光学面上に形成された波長選択フィルタに構成できる。
上述の各光ピックアップ装置において、前記対物レンズは１つのレンズ群から構成されることが好ましい。これにより、光ピックアップ装置で特に第３の光情報記録媒体に対する作動距離を十分に確保できる。この場合、前記対物レンズの前記波長λ１における焦点距離をｆ１（ｍｍ）、中心厚さをｄ（ｍｍ）、前記対物レンズに入射する前記波長λ１の光束の径をΦ１（ｍｍ）、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの作動距離をｆＢ３（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことが作動距離を十分に確保する上で更に好ましい。
０．７＜ｄ／ｆ１＜１．５
２．８＜Φ１＜５．８
ｆＢ３＞０．２
また、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ３とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
ｍ３＜０
この場合、次式を満たすことが好ましい。
−０．２５＜ｍ３＜−０．０５
また、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ２とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
ｍ２＜０
この場合、次式を満たすことが好ましい。
−０．２０＜ｍ２＜−０．０２
また、上述の各光ピックアップ装置において、前記対物レンズは、プラスチック材料から形成されるか、または、ガラス材料から形成されることが好ましい。
また、上述の各光ピックアップ装置において、前記対物レンズはガラス転移点Ｔｇが４００℃以下であるガラス材料から形成されたことが好ましい。
また、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
０．０ｍｍ≦ｔ１＜０．３ｍｍ
０．５ｍｍ＜ｔ２＜０．７ｍｍ
１．０ｍｍ＜ｔ３＜１．３ｍｍ
０．９９＞ＮＡ１≧０．７０
０．７０＞ＮＡ２≧０．５５
０．５５＞ＮＡ３≧０．４０
また、第１光源乃至第３光源のうち少なくとも２つの光源はユニット化されていることが好ましい。
上述の各光ピックアップ装置を搭載し、音声及び／または画像を記録し、及び／または、音声及び／または画像を再生可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
また、本発明による対物レンズは、波長λ１の第１光源からの光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの光学面上に、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有し、前記回折構造に前記第１光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ１、前記回折構造に前記第２光源からの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する前記第２光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ２、前記回折構造に前記第３光源からの波長λ３の第３光束が入射した場合に発生する前記第３光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ３、前記波長λ１の光束により、前記第１光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ１、前記波長λ２の光束により、前記第２光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ２、前記波長λ３の光束により、前記第３光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ３、
とするとき、
｜ｎ１｜＞｜ｎ２｜
かつ
│ｎ１│＞│ｎ３│
を満たすとともに、
前記対物レンズは、前記第１光束のｎ１次回折光を、前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために、前記開口数ＮＡ１内で、良好な波面を形成するように、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第２光束のｎ２次回折光を、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために、前記開口数ＮＡ２内で、良好な波面を形成するように、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第３光束のｎ３次回折光を、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために、前記開口数ＮＡ３内で、良好な波面を形成するように、前記第３情報記録媒体の情報記録面上に集光できることを特徴とする。
本発明による別の対物レンズは、波長λ１の第１光源からの光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記波長λ１の光束により、前記第１光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ１、前記波長λ２の光束により、前記第２光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ２、前記波長λ３の光束により、前記第３光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ３、とするとき、前記対物レンズの少なくとも１つの光学面は、前記第１乃至第３光情報記録媒体のすべてに対して再生及び／または記録を行うために用いられる前記開口数ＮＡ３内に対応する共通領域と、該共通領域よりも周辺側に位置し、少なくとも前記第１光情報記録媒体に対して再生及び／または記録を行うために用いられる周辺領域の、少なくとも２つの領域からなり、前記共通領域には、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成され、前記共通領域に形成された回折構造に光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ１、前記共通領域に形成された回折構造に前記第２光源からの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する前記第２光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ２、前記共通領域に形成された回折構造に前記第３光源からの波長λ３の第３光束が入射した場合に発生する前記第３光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ３、
とするとき、
｜ｎ１｜＞│ｎ２｜
かつ
│ｎ１｜＞│ｎ３│
を満たすとともに、
前記対物レンズは、前記共通領域で発生する前記第１の光束のｎ１次回折光を、前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生び／又は記録を行うために前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記共通領域で発生する前記第２光束のｎ２次回折光を、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために前記第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記共通領域で発生する前記第３光束のｎ３次回折光を、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光することを特徴とする。
上述の各対物レンズによれば、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体の記録及び再生に使用する光束の回折次数が上式を満たすように回折構造を決定するので、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体の記録及び再生に使用する各光束に対して、それぞれ高い回折効率を得ることができる。さらに、この回折構造の作用により、第１保護基板厚乃至第３保護基板厚のうち、少なくとも２つの異なる保護基板厚の差によって発生する球面収差を補正するので第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記録または再生を良好に行うことができる。また、回折構造の作用により、波長の異なるそれぞれの光源からの光束が対物レンズに入射した場合に、レンズ材料の分散によって変化する球面収差を補正するので、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記録または再生を良好に行うことができる。
上記各対物レンズにおいて、前記回折次数ｎ１乃至ｎ３は次式を満たすことが好ましい。
｜ｎ２｜＝ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）
｜ｎ３｜＝ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）
｜ｎ１｜＞｜ｎ２｜≧｜ｎ３｜
ただし、ｎ１は０、±１以外の整数であり、ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）はλ１・｜ｎ１｜／λ２を四捨五入して得られる整数であり、ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）はλ１・｜ｎ１｜／λ３を四捨五入して得られる整数である。
この場合、次式を満たすことが好ましい。
｜ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）−（λ１・｜ｎ１｜／λ２）｜＜０．４
｜ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）−（λ１・｜ｎ１｜／λ３）｜＜０．４
上述のようにして回折次数ｎ１乃至ｎ３を決定することで、各光束に対して、ｎ１次回折光、ｎ２次回折光、ｎ３次回折光の各回折効率を高くすることができる。
また、前記回折構造に入射する前記波長λ１の光束の光量をＩIN（λ１）、該ＩIN（λ１）の光量を有する前記波長λ１の光束が前記回折構造を通過した後の光量をＩOUT（λ１）、前記回折構造に入射する前記波長λ２の光束の光量をＩIN（λ２）、該ＩIN（λ２）の光量を有する前記波長λ２の光束が前記回折構造を通過した後の光量をＩOUT（λ２）、前記回折構造に入射する前記波長λ３の光束の光量をＩIN（λ３）、該ＩIN（λ３）の光量を有する前記波長λ３の光束が前記回折構造を通過した後の光量をＩOUT（λ３）としたとき、次式を満たすことが好ましい。
ＩOUT（λ１）／ＩIN（λ１）＞０．７
ＩOUT（λ２）／ＩIN（λ２）＞０．７
ＩOUT（λ３）／ＩIN（λ３）＞０．７
前記回折構造は、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３００ｎｍ＜λＢ＜５００ｎｍ
｜ｎ１｜≦１０
前記回折構造が波長λB、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
３４０ｎｍ＜λB＜４４０ｎｍ
｜ｎ１｜＝２
｜ｎ２｜＝１
｜ｎ３｜＝１
また、次式を満たすことが好ましい。
３５０ｎｍ＜λＢ＜４２０ｎｍ
また、前記対物レンズは、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際に、球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することが好ましい。
また、前記対物レンズは、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際のバックフォーカスの変化量をΔＣＡ、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際の前記開口数ＮＡ１に対応するマージナル光線の変化量をΔＳＡとしたとき、次式を満たすことが好ましい。
−１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０
また、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化された前記回折構造の前記複数の輪帯の各位置を、
Φb＝│ｎ１｜・（ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・・）
により定義される光路差関数で表す場合に（ここで、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ＝Σ（−２・│ｎ１｜・ｂ2）
により定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ-1）が次式を満たすことが好ましい。
０．５×１０-2＜ＰＤ＜５．０×１０-2
また、前記回折構造は、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
４００ｎｍ＜λＢ＜４３０ｎｍ
｜ｎ１│＝６
｜ｎ２│＝４
│ｎ３｜＝３
また、次式を満たすことが好ましい。
４０５ｎｍ＜λＢ＜４２５ｎｍ
また、前記対物レンズは、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際に、球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することが好ましい。
また、前記対物レンズは、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際に、バックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際のバックフォーカスの変化量をΔＣＡ、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際の前記開口数ＮＡ１に対応するマージナル光線の変化量をΔＳＡとしたとき、次式を満たすことが好ましい。
−１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０
また、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化された前記回折構造の前記複数の輪帯の各位置を、
Φb＝│ｎ１│・（ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・）
により定義される光路差関数で表す場合に（ここで、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ＝Σ（−２・｜ｎ１｜・ｂ2）
により定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ-1）が次式を満たすことが好ましい。
−５．０×１０-2＜ＰＤ＜２．０×１０-2
また、前記回折構造は、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
３９０ｎｍ＜λＢ＜４２０ｎｍ
｜ｎ１｜＝８
｜ｎ２│＝５
｜ｎ３｜＝４
また、次式を満たすことが好ましい。
３９５ｎｍ＜λＢ＜４１５ｎｍ
前記回折構造は、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
３９０ｎｍ＜λＢ＜４２０ｎｍ
｜ｎ１｜＝１０
｜ｎ２│＝６
｜ｎ３｜＝５
また、次式を満たすことが好ましい。
３９５ｎｍ＜λＢ＜４１２ｎｍ
また、前記対物レンズは、１つのレンズ群から構成されたことが好ましい。
また、前記対物レンズの前記波長λ１における焦点距離をｆ１（ｍｍ）、中心厚さをｄ（ｍｍ）、前記対物レンズに入射する前記波長λ１の光束の径をΦ１（ｍｍ）、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの作動距離をｆＢ３（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことが好ましい。
０．７＜ｄ／ｆ１＜１．５
２．８＜Φ１＜５．８
ｆＢ３＞０．２
また、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ３とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
ｍ３＜０
また、次式を満たすことが好ましい。
−０．２５＜ｍ３＜−０．０５
また、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ２とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
ｍ２＜０
また、次式を満たすことが好ましい。
−０．２０＜ｍ２＜−０．０２
また、前記像側開口数ＮＡ１及びＮＡ２は、
ＮＡ１＞ＮＡ２
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２内に対応する領域を通過した前記波長λ２の光束は、前記像側開口数ＮＡ２内で、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ２ｒｍｓより小さい状態であり、かつ、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域を通過した前記波長λ２の光束は、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上まで到達するとともに、前記波長λ２の光束は、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ２ｒｍｓより大きい状態であることが好ましい。
また、前記波長λ２の光束は、前記像側開口数ＮＡ２内で、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０５λ２ｒｍｓより小さい状態であり、かつ、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．２０λ２ｒｍｓより大きい状態であることが好ましい。
また、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２内に対応する領域を通過した前記波長λ２の光束の前記第２光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差と、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域を通過した前記波長λ２の光束の前記第２光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差は、前記像側開口数ＮＡ２において不連続であることが好ましい。
また、前記回折構造が形成された前記対物レンズの光学面において、前記像側開口数ＮＡ２内に対応する領域に形成された回折構造に、前記第１光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数と、前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造に、前記第１光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数は、互いに異なる次数であって、前記像側開口数ＮＡ２内に対応する領域に形成された回折構造と、前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造は、互いに異なる波長と、互いに異なる次数で最適化されていることが好ましい。
また、前記回折構造が形成された前記対物レンズの光学面において、前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造は、波長λ１、所定の回折次数で最適化されていることが好ましい。
また、前記対物レンズは、
ＮＡ１＞ＮＡ２
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に入射する前記波長λ２の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に入射する前記波長λ２の光束が前記第２光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能な開口切替手段を有することが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に入射する波長λ１の光束を透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に入射する波長λ２の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
また、前記対物レンズの像側開口数ＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３は、
ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３内に対応する領域を通過した前記波長λ３の光束は、前記像側開口数ＮＡ３内で、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ３ｒｍｓより小さい状態であり、かつ、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域を通過した前記波長λ３の光束は、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上まで到達するとともに、前記波長λ３の光束は、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ３ｒｍｓより大きい状態であることが好ましい。
また、前記波長λ３の光束は、前記像側開口数ＮＡ３内で、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０５λ３ｒｍｓより小さい状態であり、かつ、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．２０λ３ｒｍｓより大きい状態であることが好ましい。
また、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３内に対応する領域を通過した前記波長λ３の光束の前記第３光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差と、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域を通過した前記波長λ３の光束の前記第３光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差は、前記像側開口数ＮＡ３において不連続であることが好ましい。
また、前記回折構造が形成された前記対物レンズの光学面において、前記像側開口数ＮＡ３内に対応する領域に形成された回折構造に、前記第１光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数と、前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造に、前記第１光源からの波長λ１の第２光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数は、互いに異なる次数であって、前記像側開口数ＮＡ３内に対応する領域に形成された回折構造と、前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造は、互いに異なる次数で最適化されていることが好ましい。
また、前記回折構造が形成された前記対物レンズの光学面において、前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造は、波長λ１、所定の回折次数で最適化されていることが好ましい。
また、前記対物レンズは、
ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に入射する前記波長λ３の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に入射する前記波長λ３の光束が前記第３光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能な開口切替手段を有することが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に入射する波長λ１の光束と波長λ２の光束とを透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に入射する波長λ３の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
また、上述の対物レンズはプラスチック材料から形成されることが好ましく、また、ガラス材料から形成されてもよい。この場合、前記ガラス材料は、転移点Ｔｇが４００℃以下であることが好ましい。
また、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
０．０≦ｔ１＜０．３
０．５≦ｔ２＜０．７
１．０≦ｔ３＜１．３
０．９９＞ＮＡ１≧０．７０
０．７０＞ＮＡ２≧０．５５
０．５５＞ＮＡ３≧０．４０
また、本発明による更に別のピックアップ装置は、波長λ１の第１光源からの光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置であって、上述の対物レンズを備えたことを特徴とする。また、この光ピックアップ装置を搭載し、音声及び／または画像の記録、及び／または、音声及び／または画像の再生が可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
また、本発明による更に別の対物レンズは、波長λ１の第１光源からの光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記対物レンズは、屈折型レンズと、前記屈折型レンズの光束入射面側に配置され、少なくとも１つの光学面上に、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有する回折光学素子とから構成された複合型対物レンズであって、前記回折構造に前記第１光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ１、前記回折構造に前記第２光源からの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する前記第２光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ２、前記回折構造に前記第３光源からの波長λ３の第３光束が入射した場合に発生する前記第３光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ３、前記波長λ１の光束により、前記第１光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ１、前記波長λ２の光束により、前記第２光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ２、前記波長λ３の光束により、前記第３光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ３、とするとき、
｜ｎ１｜＞｜ｎ２｜
かつ
｜ｎ１｜＞｜ｎ３｜
を満たすとともに、
前記対物レンズは、前記第１光束のｎ１次回折光を、前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために、前記開口数ＮＡ１内で、良好な波面を形成するように、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第２光束のｎ２次回折光を、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために、前記開口数ＮＡ２内で、良好な波面を形成するように、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第３光束のｎ３次回折光を、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために、前記開口数ＮＡ３内で、良好な波面を形成するように、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光できることを特徴とする。
本発明による更に別の対物レンズは、波長λ１の第１光源からの光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記対物レンズは、屈折型レンズと、前記屈折型レンズの光束入射面側に配置された回折光学素子とから構成された複合型対物レンズであって、前記波長λ１の光束により、前記第１光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ１、前記波長λ２の光束により、前記第２光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ２、前記波長λ３の光束により、前記第３光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ３、とするとき、前記回折光学素子の少なくとも１つの光学面は、前記第１乃至第３光情報記録媒体のすべてに対して再生及び／または記録を行うために用いられる前記開口数ＮＡ３内に対応する共通領域と、該共通領域よりも周辺側に位置し、少なくとも前記第１光情報記録媒体に対して再生及び／または記録を行うために用いられる周辺領域の、少なくとも２つの領域からなり、前記共通領域には、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成され、前記共通領域に形成された回折構造に光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ１、前記共通領域に形成された回折構造に前記第２光源からの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する前記第２光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ２、前記共通領域に形成された回折構造に前記第３光源からの波長λ３の第３光束が入射した場合に発生する前記第３光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ３、とするとき、
｜ｎ１｜＞｜ｎ２｜
かつ
｜ｎ１｜＞｜ｎ３｜
を満たすとともに、
前記対物レンズは、前記共通領域で発生する前記第１光束のｎ１次回折光を、前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記共通領域で発生する前記第２光束のｎ２次回折光を、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために前記第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記共通領域で発生する前記第３光束のｎ３次回折光を、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行うために前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光することを特徴とする。
上記各対物レンズによれば、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体の記録及び再生に使用する光束の回折次数が上式を満たすように回折光学素子の回折構造を決定するので、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体の記録及び再生に使用する各光束に対して、それぞれ高い回折効率を得ることができる。さらに、この回折構造の作用により、第１保護基板乃至第３保護基板の厚さのうち、少なくとも２つの異なる保護基板の厚さの差によって発生する球面収差を補正するので、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記録または再生を良好に行うことができる。また、回折構造の作用により、波長の異なるそれぞれの光源からの光束が対物レンズに入射した場合に、レンズ材料の分散によって変化する球面収差を補正するので、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記録または再生を良好に行うことができる。
上記各対物レンズにおいて、前記回折次数ｎ１乃至ｎ３は次式を満たすことが好ましい。
｜ｎ２｜＝ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）
｜ｎ３｜＝ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）
｜ｎ１｜＞｜ｎ２｜≧｜ｎ３｜
ただし、ｎ１は０、±１以外の整数であり、ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）はλ１・｜ｎ１｜／λ２を四捨五入して得られる整数であり、ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）はλ１・｜ｎ１｜／λ３を四捨五入して得られる整数である。
また、次式を満たすことが好ましい。
｜ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）−（λ１・｜ｎ１｜／λ２）｜＜０．４
｜ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）−（λ１・｜ｎ１｜／λ３）｜＜０．４
また、前記回折構造に入射する前記波長λ１の光束の光量をＩIN（λ１）、該ＩIN（λ１）の光量を有する前記波長λ１の光束が前記回折構造を通過した後の光量をＩOUT（λ１）、前記回折構造に入射する前記波長λ２の光束の光量をＩIN（λ２）、該ＩIN（λ２）の光量を有する前記波長λ２の光束が前記回折構造を通過した後の光量をＩOUT（λ２）、前記回折構造に入射する前記波長λ３の光束の光量をＩIN（λ３）、該ＩIN（λ３）の光量を有する前記波長λ３の光束が前記回折構造を通過した後の光量をＩOUT（λ３）としたとき、次式を満たすことが好ましい。
ＩOUT（λ１）／ＩIN（λ１）＞０．７
ＩOUT（λ２）／ＩIN（λ２）＞０．７
ＩOUT（λ３）／ＩIN（λ３）＞０．７
また、前記回折構造は、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３００ｎｍ＜λＢ＜５００ｎｍ
｜ｎ１│≦１０
また、前記回折構造は、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
３４０ｎｍ＜λＢ＜４４０ｎｍ
｜ｎ１│＝２
｜ｎ２｜＝１
｜ｎ３｜＝１
また、次式を満たすことが好ましい。
３５０ｎｍ＜λＢ＜４２０ｎｍ
また、前記対物レンズは、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際に、球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することが好ましい。
また、前記対物レンズは、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際のバックフォーカスの変化量をΔＣＡ、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際の前記開口数ＮＡ１に対応するマージナル光線の変化量をΔＳＡとしたとき、次式を満たすことが好ましい。
−１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０
また、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化された前記回折構造の前記復数の輪帯の各位置を、
Φb＝｜ｎ１｜・（ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・）
により定義される光路差関数で表す場合に（ここで、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ＝Σ（−２・｜ｎ１｜・ｂ2）
により定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ-1）が次式を満たすことが好ましい。
０．５×１０-2＜ＰＤ＜５．０×１０-2
また、前記回折構造は、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
４００ｎｍ＜λＢ＜４３０ｎｍ
｜ｎ１｜＝６
｜ｎ２│＝４
｜ｎ３｜＝３
また、次式を満たすことが好ましい。
４０５ｎｍ＜λＢ＜４２５ｎｍ
また、前記対物レンズは、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際に、球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することが好ましい。
また、前記対物レンズは、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際に、バックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際のバックフォーカスの変化量をΔＣＡ、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長の光が入射した際の前記開口数ＮＡ１に対応するマージナル光線の変化量をΔＳＡとしたとき、次式を満たすことが好ましい。
−１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０
また、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化された前記回折構造の前記複数の輪帯の各位置を、
Φb＝｜ｎ１｜・（ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・）
により定義される光路差関数で表す場合に（ここで、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6・・・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ＝Σ（−２・｜ｎ１｜・ｂ2）
により定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ-1）が次式を満たすことが好ましい。
−５．０×１０-2＜ＰＤ＜２．０×１０-2
また、前記回折構造は、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
３９０ｎｍ＜λＢ＜４２０ｎｍ
｜ｎ１｜＝８
｜ｎ２｜＝５
│ｎ３｜＝４
また、次式を満たすことが好ましい。
３９５ｎｍ＜λＢ＜４１５ｎｍ
また、前記回折構造は、波長λＢ、前記回折次数ｎ１で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
３９０ｎｍ＜λＢ＜４２０ｎｍ
｜ｎ１｜＝１０
｜ｎ２｜＝６
│ｎ３｜＝５
また、次式を満たすことが好ましい。
３９５ｎｍ＜λＢ＜４１２ｎｍ
また、前記屈折型レンズの近軸パワーをＰ１（ｍｍ-1）、前記回折光学素子の近軸パワーをＰ２（ｍｍ-1）としたとき、次式
｜Ｐ１／Ｐ２｜≦０．２
を満たすことが好ましい。
また、前記回折光学素子を透過して前記屈折型レンズに入射する光束のマージナル光線が収斂光線であることが好ましい。
また、前記回折構造は、平面上に形成されたことが好ましい。また、前記回折構造は、非球面上に形成されたことが好ましい。また、少なくとも２つの光学面上に、前記回折構造が形成されたことが好ましい。
また、前記回折光学素子はプラスチック材料から形成されたことが好ましい。また、前記屈折型レンズは、プラスチック材料から形成されたことが好ましい。
また、前記屈折型レンズは、ガラス材料から形成されたことが好ましい。前記ガラス材料は、転移点Ｔｇが４００℃以下であることが好ましい。
また、光束を規制する絞りが、前記回折光学素子の前記屈折型レンズ側に位置する光学面と、前記屈折型レンズの前記回折光学素子側に位置する光学面との間に配置されたことが好ましい。
また、前記屈折型レンズは、所定の結像倍率ｍ、前記波長λ１、前記第１保護基板の厚さｔ１、前記像側開口数ＮＡ１の組合せに対してその波面収差が０．０７λ１ｒｍｓ以下となるように収差補正されていることが好ましい。
また、前記回折光学素子は、前記屈折型レンズと一体となってトラッキング駆動されることが好ましい。
また、前記回折光学素子と前記屈折型レンズとはそれぞれ光学面と一体に成形されたフランジ部を有し、前記それぞれのフランジ部が嵌合されることで、前記回折光学素子と前記屈折型レンズとが一体化されることが好ましい。
また、前記屈折型レンズは、１つのレンズ群から構成されたことが好ましい。
また、前記屈折型レンズと前記回折光学素子とを合わせた前記対物レンズ全系の前記波長λ１における焦点距離をｆ１（ｍｍ）、前記屈折型レンズの中心厚さをｄ（ｍｍ）、前記対物レンズに入射する前記波長λ１の光束の径をΦ１（ｍｍ）、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの作動距離をｆＢ３（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことが好ましい。
０．７＜ｄ／ｆ１＜１．５
２．８＜Φ１＜５．８
ｆＢ３＞０．２
また、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ３とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
ｍ３＜０
また、次式を満たすことが好ましい。
−０．２５＜ｍ３＜−０．０５
また、前記対物レンズにより前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光された、光軸上に配置された前記第３光源からの光束の波面収差を前記像側開口数ＮＡ３内で測定した際のコマ収差成分と、前記対物レンズにより前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光された、光軸からその垂直方向に０．２ｍｍ離れた位置に配置された前記第３光源からの光束の波面収差を前記像側開口数ＮＡ３内で測定した際のコマ収差成分との差が、０．０７λ３ｒｍｓより小さいことが好ましい。
また、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ２とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
ｍ２＜０
また、次式を満たすことが好ましい。
−０．２０＜ｍ２＜−０．０２
また、前記対物レンズにより前記第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光された、光軸上に配置された前記第２光源からの光束の波面収差を前記像側開口数ＮＡ２内で測定した際のコマ収差成分と、前記対物レンズにより前記第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光された、光軸からその垂直方向に０．２ｍｍ離れた位置に配置された前記第２光源からの光束の波面収差を前記像側開口数ＮＡ２内で測定した際のコマ収差成分との差が、０．０７λ２ｒｍｓより小さいことが好ましい。
また、前記像側開口数ＮＡ１及びＮＡ２は、
ＮＡ１＞ＮＡ２
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２内に対応する領域を通過した前記波長λ２の光束は、前記像側開口数ＮＡ２内で、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ２ｒｍｓより小さい状態であり、かつ、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域を通過した前記波長λ２の光束は、前記第２光情報記録媒体の情報面上まで到達するとともに、前記波長λ２の光束は、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ２ｒｍｓより大きい状態であることが好ましい。
また、前記波長λ２の光束は、前記像側開口数ＮＡ２内で、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０５λ２ｒｍｓより小さい状態であり、かつ、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．２０λ２ｒｍｓより大きい状態であることが好ましい。
また、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２内に対応する領域を通過した前記波長λ２の光束の前記第２光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差と、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域を通過した前記波長λ２の光束の前記第２光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差は、前記像側開口数ＮＡ２において不連続であることが好ましい。
また、前記回折構造が形成された前記回折光学素子の光学面において、前記像側開口数ＮＡ２内に対応する領域に形成された回折構造に、前記第２光源からの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する前記第２光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数と、前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造に、前記第２光源からの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する前記第２光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数は、互いに異なる次数であって、前記像側開口数ＮＡ２内に対応する領域に形成された回折構造と、前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造は、互いに異なる次数で最適化されていることが好ましい。
また、前記回折構造が形成された前記回折光学素子の光学面において、前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造は、波長λ１、所定の回折次数で最適化されていることが好ましい。
また、前記対物レンズは、
ＮＡ１＞ＮＡ２
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に入射する前記波長λ２の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に入射する前記波長λ２の光束が前記第２光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能な開口切替手段を有することが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に入射する波長λ１の光束を透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に入射する波長λ２の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
また、前記対物レンズの像側開口数ＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３は、
ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３内に対応する領域を通過した前記波長λ３の光束は、前記像側開口数ＮＡ３内で、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ３ｒｍｓより小さい状態であり、かつ、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域を通過した前記波長λ３の光束は、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上まで到達するとともに、前記波長λ３の光束は、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０７λ３ｒｍｓより大きい状態であることが好ましい。
また、前記波長λ３の光束は、前記像側開口数ＮＡ３内で、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．０５λ３ｒｍｓより小さい状態であり、かつ、前記像側開口数ＮＡ１内で、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が０．２０λ３ｒｍｓより大きい状態であることが好ましい。
また、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３内に対応する領域を通過した前記波長λ３の光束の前記第３光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差と、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域を通過した前記波長λ３の光束の前記第３光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差は、前記像側開口数ＮＡ３において不連続であることが好ましい。
また、前記回折構造が形成された前記回折光学素子の光学面において、前記像側開口数ＮＡ３内に対応する領域に形成された回折構造に、前記第３光源からの波長λ３の第３光束が入射した場合に発生する前記第３光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数と、前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造に、前記第３光源からの波長λ３の第２光束が入射した場合に発生する前記第３光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数は、互いに異なる次数であって、前記像側開口数ＮＡ３内に対応する領域に形成された回折構造と、前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造は、互いに異なる波長と、互いに異なる次数で最適化されていることが好ましい。
また、前記回折構造が形成された前記回折光学素子の光学面において、前記像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域に形成された回折構造は、波長λ１、所定の回折次数で最適化されていることが好ましい。
また、前記対物レンズは、
ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に入射する前記波長λ３の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に入射する前記波長λ３の光束が前記第３光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能な開口切替手段を有することが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に入射する波長λ１の光束と波長λ２の光束とを透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域に入射する波長λ３の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
また、次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
０．０≦ｔ１＜０．３
０．５≦ｔ２＜０．７
１．０≦ｔ３＜１．３
０．９９＞ＮＡ１≧０．７０
０．７０＞ＮＡ２≧０．５５
１．５５＞ＮＡ３≧０．４０
また、本発明による回折光学素子は、上述の各対物レンズに適用可能なものである。
また、本発明による更に別の光ピックアップ装置は、波長λ１の第１光源からの光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置であって、上述の対物レンズを備えたことを特徴とする。また、この光ピックアップ装置を搭載し、音声及び／または画像の記録、及び／または、音声及び／または画像の再生が可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
また、本発明による更に別の対物レンズは、波長λ１の第１光源からの光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記光ピックアップ装置は、前記第１保護基板乃至第３保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段を有し、前記波長λ１の光束により、前記第１光情報記録媒体に再生及び／または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ１、前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をｍ１とした場合に、前記対物レンズは、前記波長λ１、前記第１保護基板の厚さｔ１、前記像側開口数ＮＡ１、前記結像倍率ｍ１の組み合わせにおいて、球面収差が最小にあるように最適化されたことを特徴とする。
この対物レンズによれば、第１光情報記録媒体に用いられる波長の最も短い光束について球面収差が最小となるとともに３種類の異なる光情報記録媒体について情報の記録または再生を行うときに適用できる対物レンズを提供できる。
前記対物レンズは屈折型レンズであることが好ましく、また、前記対物レンズは１つのレンズ群から構成されることが好ましい。
この場合、前記対物レンズの前記波長λ１における焦点距離をｆ１（ｍｍ）、中心厚さをｄ（ｍｍ）、前記対物レンズに入射する前記波長λ１の光束の径をΦ１（ｍｍ）、前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合の前記対物レンズの作動距離をｆＢ１（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことが好ましい。
０．７＜ｄ／ｆ１＜１．５
２．８＜Φ１＜５．８
ｆＢ１＞０．５
上述の対物レンズは、プラスチック材料から形成されるか、または、ガラス材料から形成されることが好ましい。
前記ガラス材料は、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下であることが好ましい。
また、上述の対物レンズでは次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
０．０ｍｍ≦ｔ１＜０．３ｍｍ
０．９９＞ＮＡ１≧０．７０
また、本発明による更に別の光ピックアップ装置は、波長λ１の第１光源からの光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置であって、上述の対物レンズを備えたことを特徴とする。これにより、特に第１光情報記録媒体について安定して情報の記録及び／または再生を行うことができる。また、この光ピックアップ装置を搭載し、音声及び／または画像を記録し、及び／または、音声及び／または画像を再生可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
また、本発明による光学素子は、波長λ１の第１光源からの第１光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、かつ、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置用の光学素子であって、前記光学素子の入射瞳面を、光軸近傍から外側に向かって順に、第１光束領域、第２光束領域、第３光束領域、の輪帯状の３つの光束領域に分割した場合に、前記各光束領域に入射した光束が通過する前記光学素子の領域をそれぞれ、光軸近傍から外側に向かって順に、第１光学領域、第２光学領域、第３光学領域、としたとき、前記第１光学領域に入射した前記第１乃至第３光束は、それぞれ前記第１乃至第３光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光し、かつ、前記第２光学領域に入射した前記第１及び第２光束は、それぞれ前記第１及び第２光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第２光学領域に入射した前記第３光束は、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成せず、かつ、前記第３光学領域に入射した前記第１光束は、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第３光学領域に入射した前記第２及び第３光束は、それぞれ前記第２及び３光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成しないことを特徴とする。
この光学素子によれば、３つの光学領域を有し３種類の異なる光情報記録媒体について情報の記録及び／または再生を行う光ピックアップ装置に適用できる光学素子を提供できる。
また、本発明による別の光学素子は、波長λ１の第１光源からの第１光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、かつ、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置用の光学素子であって、前記光学素子の入射瞳面を、光軸近傍から外側に向かって順に、第１光束領域、第２光束領域、第３光束領域、の輪帯状の３つの光束領域に分割した場合に、前記各光束領域に入射した光束が通過する前記光学素子の領域をそれぞれ、光軸近傍から外側に向かって順に、第１光学領域、第２光学領域、第３光学領域、としたとき、前記第１光学領域に入射した前記第１乃至第３光束は、それぞれ前記第１乃至第３光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光し、かつ、前記第２光学領域に入射した前記第１及び第２光束は、それぞれ前記第１及び第２光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第２光学領域に入射した前記第３光束は、遮断され前記第３光情報記録媒体の情報記録面に到達せず、かつ、前記第３光学領域に入射した前記第１光束は、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第３光学領域に入射した前記第２光束は、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成しないとともに、前記第３光学領域に入射した前記第３光束は、遮断され前記第３光情報記録媒体の情報記録面に到達しないことを特徴とする。
この光学素子によれば、３つの光学領域を有し３種類の異なる光情報記録媒体について情報の記録及び／または再生を行う光ピックアップ装置に適用できる光学素子を提供できる。
上述の光学素子は、前記第２及び第３光学領域に入射した前記第３光束が、遮断され前記第３光情報記録媒体の情報記録面に到達しないようにすることができる光束切替手段を有する光ピックアップ装置に用いられることが好ましい。
この場合、前記光束切替手段は、前記光学素子の光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
また、本発明による更に別の光学素子は、波長λ１の第１光源からの第１光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、かつ、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置用の光学素子であって、前記光学素子の入射瞳面を、光軸近傍から外側に向かって順に、第１光束領域、第２光束領域、第３光束領域、の輪帯状の３つの光束領域に分割した場合に、前記各光束領域に入射した光束が通過する前記光学素子の領域をそれぞれ、光軸近傍から外側に向かって順に、第１光学領域、第２光学領域、第３光学領域、としたとき、前記第１光学領域に入射した前記第１乃至第３光束は、それぞれ前記第１乃至第３光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光し、かつ、前記第２光学領域に入射した前記第１及び第２光束は、それぞれ前記第１及び第２光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第２光学領域に入射した前記第３光束は、遮断され前記第３光情報記録媒体の情報記録面に到達せず、かつ、前記第３光学領域に入射した前記第１光束は、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第３光学領域に入射した前記第２及び第３光束は、ともに遮断されそれぞれ前記第２及び第３光情報記録媒体の情報記録面に到達しないことを特徴とする。
この光学素子によれば、３つの光学領域を有し３種類の異なる光情報記録媒体について情報の記録及び／または再生を行う光ピックアップ装置に適用できる光学素子を提供できる。
上述の光学素子は、前記第２及び第３光学領域に入射した前記第３光束が、遮断され前記第３光情報記録媒体の情報記録面に到達しないようにするとともに、前記第３光学領域に入射した前記第２光束が、遮断され前記第２光情報記録媒体の情報記録面に到達しないようにすることができる光束切替手段を有する光ピックアップ装置に用いられることが好ましい。
この場合、前記光束切替手段は前記光学素子の光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
また、前記光学素子は、対物レンズであることが好ましい。
また、前記光学素子は、前記対物レンズの光束入射面側に配置されることが好ましい。
また、前記光学素子は、前記対物レンズと一体になってトラッキング駆動されることが好ましい。
また、前記第１光束を用いて、前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う際の前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ１、前記第２光束を用いて、前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う際の前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）、前記第３光束を用いて、前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う際の前記対物レンズの所定の像側開口数をＮＡ３、とするとき、次式を満たすことが好ましい。
ＮＡ２＝Ｎ２・ＳＩＮθ２
ＮＡ３＝Ｎ３・ＳＩＮθ３
ただし、
ＳＩＮθ２：前記第２光学領域の最周辺を通過した前記第２光束のマージナル光線の、前記対物レンズ最終面からの、光軸を基準として測った出射角θ２（ｄｅｇ）の絶対値の正弦
ＳＩＮθ３：前記第１光学領域の最周辺を通過した前記第３光束のマージナル光線の、前記対物レンズ最終面からの、光軸を基準として測った出射角θ３（ｄｅｇ）の絶対値の正弦
Ｎ２：前記対物レンズの像側空間の前記波長λ２における屈折率
Ｎ３：前記対物レンズの像側空間の前記波長λ３における屈折率
この場合、前記第１乃至第３光学領域のうち、少なくとも１つの光学領域には、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成されることが好ましい。
また、前記第ｉ光学領域に形成された前記回折構造に、前記第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎｉ１、前記第ｉ光学領域に形成された前記回折構造に、前記第２光束が入射した場合に発生する前記第２光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎｉ２、としたとき、次式を満たすことが好ましい。
｜ｎｉ１｜＞｜ｎｉ２｜（ただし、ｉは、１または２または３）
この場合、前記第ｉ光学領域に形成された前記回折構造に、前記第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎｉ１、前記第ｉ光学領域に形成された前記回折構造に、前記第３光束が入射した場合に発生する前記第２光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎｉ３、としたとき、次式を満たすことが好ましい。
｜ｎｉ１｜＞｜ｎｉ３｜（ただし、ｉは、１または２または３）
また、前記第２及び第３光学領域には、それぞれ同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成され、前記第２光学領域に形成された前記回折構造に、前記第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ２１、前記第３光学領域に形成された前記回折構造に、前記第１光束が入射した場合に発生する前記第１光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をｎ３１、としたとき、次式を満たすことが好ましい。
｜ｎ３１｜≠｜ｎ２１｜
この場合、前記第２光学領域に形成された前記回折構造は、前記回折次数ｎ２１と波長λＢ２で最適化され、かつ、前記第３光学領域に形成された前記回折構造は、前記回折次数ｎ３１と波長λＢ３で最適化され、次式を満たすことが好ましい。
λＢ２≠λＢ３
また、上述の回折光学素子は次式を満たすことが好ましい。
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
また、本発明による更に別の光ピックアップ装置は、波長λ１の第１光源からの第１光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、かつ、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置であって、上述のいずれかの光学素子を備えたことを特徴とする。また、この光ピックアップ装置を搭載し、音声及び／または画像を記録し、及び／または、音声及び／または画像を再生可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
本発明による更に別の光ピックアップ装置は、光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行うための光ピックアップ装置において、第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行うための波長λ１の光束を発生する第１光源と、第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行うための波長λ２（λ２＞λ１）の光束を発生する第２光源と、第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行うための波長λ３（λ３＞λ２）の光束を発生する第３光源と、入射光に対して所定の次数の回折光を発生する回折部と、前記第１乃至第３情報記録媒体の情報記録面に、前記第１乃至第３光源からの光束をそれぞれ集光させるために、前記第１乃至第３情報記録媒体に対向する位置に配置される対物レンズと、を有する集光光学系と、を具備し、前記波長λ１の光束が前記回折部を通過することで発生するｎ１次回折光の回折光量が、前記波長λ１の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きい場合に、前記波長λ２の光束が前記回折部を通過することで発生するｎ２次回折光の回折光量が、前記波長λ２の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きく、かつ、前記波長λ３の光束が前記回折部を通過することで発生するｎ３次回折光の回折光量が、前記波長λ３の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きく、さらに、前記回折次数ｎ１乃至ｎ３は次式を満たすことを特徴とする。
｜ｎ２｜＝ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１│／λ２）
｜ｎ３｜＝ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）
｜ｎ１｜＞｜ｎ２｜≧｜ｎ３｜
ただし、ｎ１は０、±１以外の整数であり、ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）はλ１・｜ｎ１｜／λ２を四捨五入して得られる整数であり、ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）はλ１・│ｎ１｜／λ３を四捨五入して得られる整数である。
上記光ピックアップ装置は次式を満たすことが好ましい。
｜ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）−（λ１・｜ｎ１｜／λ２）｜＜０．４
｜ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）−（λ１・｜ｎ１｜／λ３）｜＜０．４
また、前記集光光学系は、前記第１の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行うための光ビームとして、前記ｎ１次回折光を前記第１の光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記第２の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行うための光ビームとして、前記ｎ２次回折光を前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記第３の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行うための光ビームとして、前記ｎ３次回折光を前記第３の光情報記録媒体の情報記録面上に集光することが好ましい。
また、前記回折部に入射する前記波長λ１の光束の光量をＩIN（λ１）、該ＩIN（λ１）の光量を有する前記波長λ１の光束が前記回折部を通過した後の光量をＩOUT（λ１）、前記回折部に入射する前記波長λ２の光束の光量をＩIN（λ２）、該ＩIN（λ２）の光量を有する前記波長λ２の光束が前記回折部を通過した後の光量をＩOUT（λ２）、前記回折部に入射する前記波長λ３の光束の光量をＩIN（λ３）、該ＩIN（λ３）の光量を有する前記波長λ３の光束が前記回折部を通過した後の光量をＩOUT（λ３）としたとき、次式を満たすことが好ましい。
ＩOUT（λ１）／ＩIN（λ１）＞０．７
ＩOUT（λ２）／ＩIN（λ２）＞０．７
ＩOUT（λ３）／ＩIN（λ３）＞０．７
また、前記第１情報記録媒体は、情報記録面の光束入射面側に所定の厚さｔ１を有する第１保護層を有し、前記第２情報記録媒体は、情報記録面の光束入射面側に所定の厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）を有する第２保護層を有し、前記第３情報記録媒体は、情報記録面の光束入射面側に所定の厚さｔ３（ｔ３≧ｔ２）を有する第３保護層を有し、前記集光光学系は、前記波長λ１の光束が前記回折部を通過することで発生する前記ｎ１次回折光を、前記第１保護層を介して前記第１情報記録媒体の情報記録面に波面収差が０．０７λ１ｒｍｓ以下の状態で集光し、前記波長λ２の光束が前記回折部を通過することで発生する前記ｎ２次回折光を、前記第２保護層を介して前記第２情報記録媒体の情報記録面に波面収差が０．０７λ２ｒｍｓ以下の状態で集光し、前記波長λ３の光束が前記回折部を通過することで発生する前記ｎ３次回折光を、前記第３保護層を介して前記第３情報記録媒体の情報記録面に波面収差が０．０７λ３ｒｍｓ以下の状態で集光することが好ましい。
また、前記回折部は、前記対物レンズの光束入射面側に配置されたことが好ましい。
また、前記回折部は、前記対物レンズの光学面上に形成されたことが好ましい。
また、上述の光ピックアップ装置を搭載し、音声及び／または画像の記録、及び／または、音声及び／または画像の再生が可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
本発明による光学素子は、第１光源からの波長λ１の光束を用いて第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、第２光源からの波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、第３光源からの波長λ３（λ３＞λ２）の光束を用いて第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置用の光学素子であって、前記光学素子は、入射光に対して所定の次数の回折光を発生する回折部を有し、前記波長λ１の光束が前記回折部を通過することで発生するｎ１次回折光の回折光量が、前記波長λ１の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きい場合に、前記波長λ２の光束が前記回折部を通過することで発生するｎ２次回折光の回折光量が、前記波長λ２の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きく、かつ、前記波長λ３の光束が前記回折部を通過することで発生するｎ３次回折光の回折光量が、前記波長λ３の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きく、さらに、前記回折次数ｎ１乃至ｎ３は次式を満たすことを特徴とする。
｜ｎ２｜＝ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）
｜ｎ３｜＝ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）
│ｎ１｜＞│ｎ２｜≧｜ｎ３│
ただし、ｎ１は０、±１以外の整数であり、ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）はλ１・｜ｎ１｜／λ２を四捨五入して得られる整数であり、ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）はλ１・｜ｎ１｜／λ３を四捨五入して得られる整数である。
上記光学素子は次式を満たすことが好ましい。
│ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）−（λ１・｜ｎ１｜／λ２）｜＜０．４
│ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）−（λ１・│ｎ１｜／λ３）｜＜０．４
また、前記回折部に入射する前記波長λ１の光束の光量をＩIN（λ１）、該ＩIN（λ１）の光量を有する前記波長λ１の光束が前記回折部を通過した後の光量をＩOUT（λ１）、前記回折部に入射する前記波長λ２の光束の光量をＩIN（λ２）、該ＩIN（λ２）の光量を有する前記波長λ２の光束が前記回折部を通過した後の光量をＩOUT（λ２）、前記回折部に入射する前記波長λ３の光束の光量をＩIN（λ３）、該ＩIN（λ３）の光量を有する前記波長λ３の光束が前記回折部を通過した後の光量をＩOUT（λ３）としたとき、次式を満たすことが好ましい。
ＩOUT（λ１）／ＩIN（λ１）＞０．７
ＩOUT（λ２）／ＩIN（λ２）＞０．７
ＩOUT（λ３）／ＩIN（λ３）＞０．７
また、前記光学素子は、前記第１乃至第３光情報記録媒体の情報記録面に、前記第１乃至第３光源からの光束をそれぞれ集光させるために、前記第１乃至第３光情報記録媒体に対向する位置に配置される対物レンズであることが好ましい。
本発明の光ピックアップ装置によれば、規格（記録密度）の異なる例えば高密度ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤのような３種類の光ディスクの相互互換を共通の対物レンズを使用して達成できる光ピックアップ装置を提供できる。また、ＣＤのような保護基板厚の厚い光ディスクに対する作動距離が十分に確保された光ピックアップ装置を提供できる。
また、規格（記録密度）の異なる例えば高密度ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤのような３種類の光ディスクの相互互換を、回折光学素子と共通の対物レンズとを使用して達成し、それぞれの光ディスクの使用波長領域において十分な光量の利用効率が得られる光ピックアップ装置を提供できる。
また、規格（記録密度）の異なる例えば高密度ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤのような３種類の光ディスクの相互互換を共通の対物レンズを使用して達成し、高密度ＤＶＤのような高記録密度の光ディスクを記録及び／または再生する場合に問題となる、光源の単色性の悪さに起因する色収差、温度変化や湿度変化等の環境変化に起因してプラスチックレンズで発生する球面収差、保護基板厚さの製造誤差に起因する球面収差を良好に補正でき、安定した高密度ＤＶＤのような高記録密度の光ディスクの記録及び／または再生が行える光ピックアップ装置を提供できる。
また、上述の光ピックアップ装置に用いることのできる対物レンズ、回折光学素子及び光学素子を提供できる。
更に、上述の光ピックアップ装置を用いて規格（記録密度）の異なる３種類の光情報記録媒体について情報の記録及び／または再生を行うことのできる記録・再生装置を提供できる。
以下、本発明による第１〜第７の実施の形態について図面を用いて説明する。
〈第１の実施の形態〉
図９は第１の実施の形態による第１の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。図９に示すように、第１の光ピックアップ装置は、保護基板厚さが小さい第１の光ディスクの記録／再生用の第１光源である半導体レーザ１１と、保護基板厚さが大きい第２の光ディスク記録／再生用の第２光源である半導体レーザ１２と、保護基板厚さがさらに大きい第３の光ディスク記録／再生用の第３光源である半導体レーザ１３とを有している。
第１の光ディスクとしては、例えば、０．１ｍｍの保護基板（透明基板）を有するＤＶＤをより高密度化した光ディスク（高密度ＤＶＤ）を用いることができ、第２の光ディスクとしては、０．６ｍｍの保護基板を有するＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の各種ＤＶＤを用いることができ、第３の光ディスクとしては、１．２ｍｍの保護基板を有するＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ等の各種ＣＤを用いることができる。
また、第１光源１１としては、４００ｎｍ程度の波長の光を発生するＧａＮ系青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザ等を用いることができ、第２光源１２としては、６５０ｎｍ程度の波長の光を発生する赤色半導体レーザを用いることができ、第３光源１３としては、７８０ｎｍ程度の波長の光を発生する赤外半導体レーザを用いることができる。かかる第１乃至第３の光源１１〜１３は、情報の記録／再生を行う光ディスクの種類によって選択的に使用される。
第１の光ピックアップ装置は、所定の像側開口数内で回折限界内となるように、第１乃至第３の半導体レーザ１１乃至１３からの光束を、第１乃至第３の光ディスクのそれぞれの情報記録面９１，９２，９３上に集光させることができる対物レンズ１４を有する。
対物レンズ１４は第１乃至第３の半導体レーザ１１〜１３からの光束を第１乃至第３の光ディスクのそれぞれの情報記録面９１，９２，９３上に集光させるための対物レンズとしての機能に加えて、基板厚差補正手段としての機能も有する。即ち対物レンズ１４の光源側の面１４ａ上には、同心円上の複数の輪帯からなる回折構造が形成されており、半導体レーザ１１からの光束を、第１の光ディスクを記録／再生する際に必要な像側開口数ＮＡ１内で、回折限界内となる状態で保護基板を介して第１の光ディスクの情報記録面９１上に集光させることができ、半導体レーザ１２からの光束を、第２の光ディスクを記録／再生する際に必要な像側開口数ＮＡ２内で、回折限界内となる状態で保護基板を介して第２の光ディスクの情報記録面９２上に集光させることができ、半導体レーザ１３からの光束を、第３の光ディスクを記録／再生する際に必要な像側開口数ＮＡ３内で、回折限界内となる状態で保護基板を介して第３の光ディスクの情報記録面９３上に集光させることができる。第１の光ディスクを記録／再生する際に必要な像側開口数ＮＡ１として例えば０．８５程度、第２の光ディスクを記録／再生する際に必要な像側開口数ＮＡ２として、０．６０程度、第３の光ディスクを記録／再生する際に必要な像側開口数ＮＡ３として、０．４５程度とすることができる。
また、第１の光ピックアップ装置は、半導体レーザ１１のモードホッピング等の単色性の悪さに起因して、主に対物レンズ１４で発生する色収差を補正するための色収差補正手段としての色収差補正用素子１８を偏光ビームスプリッタ１５と対物レンズ１４との間に有する。高性能で簡易な構造の色収差補正素子として、複数の輪帯からなる回折構造を有する回折素子が知られているが、従来の回折素子を用いて、半導体レーザ１１の波長（たとえば、４００ｎｍ）近傍の光に対して、対物レンズ１４で発生する色収差の補正を行った場合、半導体レーザ１２の波長（たとえば、６５０ｎｍ）や半導体レーザ１３の波長（たとえば、７８０ｎｍ）の光に対しては、色収差が補正過剰になり過ぎてしまうという問題があり、半導体レーザ１１乃至１３からの光束の共通の光路中に配置される色収差補正用素子としては好ましくない。
そこで、本発明者らは、第１の光ピックアップ装置に用いて好ましい色収差補正用素子１８として、図１０に示すような多層回折素子を提案する。図１０（ａ）の多層回折素子は、アッベ数の異なる２つの光学材料から形成された光学素子ａと光学素子ｂとを貼り合わせた構造を有し、光学素子ａと光学素子ｂの貼り合わせ面側には、複数の輪帯からなる回折構造が形成されている。光学素子ａ及び光学素子ｂの光学材料として、図１０（ｂ）に示すように、半導体レーザ１２の波長（たとえば、６５０ｎｍ）から半導体レーザ１３の波長（たとえば、７８０ｎｍ）にかけての波長領域においてはほとんど屈折率差がなく、半導体レーザ１１の波長（たとえば、４００ｎｍ）近傍の波長領域では、所定の屈折率差Δｎを有するような屈折率−波長特性をもつ光学材料を選ぶとよい。これにより、半導体レーザ１１の波長近傍の光のみが、光学素子ａと光学素子ｂとの屈折率差Δｎの影響により、貼り合わせ面の回折構造の作用を受けて回折するようにすることができるので、屈折率差Δｎに対して、回折構造の形状を適切に設計することにより、半導体レーザ１１の波長近傍のみの光に対して、対物レンズ１４の色収差の補正を行うようにすればよく、半導体レーザ１１から出射された光束は、色収差補正用素子１８を経ることによってほとんど色収差なく第１の光ディスクの情報記録面９１上に集光される。
さらに、第１の光ピックアップ装置は、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズ１４等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ１１の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段としての球面収差補正素子として、１軸アクチュエータ２１によって光軸方向に変移されるコリメータ１６を偏光ビームスプリッタ１５と対物レンズ１４との間に有する。
第１の光ディスクの情報記録面９１上の集光スポットの球面収差の変化が図示しない光検出器によって検出された場合は、１軸アクチュエータ２１によりコリメータ１６を所定量変移させて、対物レンズ１４に入射する光束の発散角を変化させることで、かかる球面収差の変化を補正する。集光スポットの球面収差が補正過剰（オーバー）方向に変化した場合は、コリメータ１６を対物レンズ１４から離れる方向に変移させ、集光スポットの球面収差が補正不足（アンダー）方向に変化した場合は、コリメータ１６を対物レンズ１４に近づく方向に変移させる。これにより、第１の光ディスクの情報記録面９１上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
第１の光ディスクを記録／再生する場合、半導体レーザ１１からビームを出射し、出射された光束は、半導体レーザ１１乃至１３からの出射光の合成手段である偏光ビームスプリッタ１５、コリメータ１６、色収差補正用素子１８を透過し、対物レンズ１４により第１の光ディスクの保護基板を介して情報記録面９１に集光される。このとき、対物レンズ１４は、像側開口数ＮＡ１内で回折限界内となるように、半導体レーザ１１からの光束を集光させるので、高密度な次世代の光ディスクである第１の光ディスクを記録／再生することができる。
そして、情報記録面９１で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１４、色収差補正用素子１８、コリメータ１６を透過して図示しない光検出系に向かう。光検出系の光検出器上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２軸アクチュエータ２２が半導体レーザ１１からの光束を第１の光ディスクの情報記録面９１上に結像するように対物レンズ１４を光軸方向に変移させると共に、半導体レーザ１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１４を光軸に垂直な方向に変移させる。
また、第２の光ディスクを記録／再生する場合、半導体レーザ１２からビームを出射し、出射された光束は、半導体レーザ１２及び１３からの出射光の合成手段である偏光ビームスプリッタ１７及び偏光ビームスプリッタ１５で反射され、さらに、上記半導体レーザ１１からの光束と同様、コリメータ１６、色収差補正用素子１８を透過し、対物レンズ１４により第２の光ディスクの保護基板を介して情報記録面９２に集光される。このとき、対物レンズ１４は、像側開口数ＮＡ２内で回折限界内となるように、半導体レーザ１２からの光束を集光させるので、第２の光ディスクを記録／再生することができる。
そして、情報記録面９２で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１４、色収差補正用素子１８、コリメータ１６を透過して図示しない光検出系に向かう。第１の光ディスクの場合と同様、光検出系の光検出器上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２軸アクチュエータ２２が半導体レーザ１２からの光束を第２の光ディスクの情報記録面９２上に結像するように対物レンズ１４を光軸方向に変移させると共に、半導体レーザ１２からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１４を光軸に垂直な方向に変移させる。
また、第３の光ディスクを記録／再生する場合、半導体レーザ１３からビームを出射し、出射された光束は、偏光ビームスプリッタ１７を透過し、偏光ビームスプリッタ１５で反射され、さらに、上記半導体レーザ１１からの光束と同様、コリメータ１６、色収差補正用素子１８を透過し、対物レンズ１４により第３の光ディスクの保護基板を介して情報記録面９３に集光される。このとき、対物レンズ１４は、像側開口数ＮＡ３内で回折限界内となるように、半導体レーザ１３からの光束を集光させるので、第３の光ディスクを記録／再生することができる。
そして、情報記録面９３で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１４、色収差補正用素子１８、コリメータ１６を透過して図示しない光検出系に向かう。第１の光ディスクの場合と同様、光検出系の光検出器上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２軸アクチュエータ２２が半導体レーザ１３からの光束を第３の光ディスクの情報記録面９３上に結像するように対物レンズ１４を光軸方向に変移させると共に、半導体レーザ１３からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１４を光軸に垂直な方向に変移させる。
なお、本実施の形態の光ピックアップ装置では、光源と対物レンズとの間の光路中に配置される１/４波長板は省略されているが、実際の光ピックアップ装置では、１/４波長板が光源と対物レンズとの間の光路中に配置される場合がある。以降の実施の形態の光ピックアップ装置でも、１/４波長板は省略する。
本実施の形態の対物レンズ１４において、第２の光ディスクを記録／再生する場合に、像側開口数ＮＡ２からＮＡ１の領域を通過した半導体レーザ１２からの光束が、第２の光ディスクの情報記録面９２上でフレアとなるように回折構造１４ａと、回折構造１４ａが形成される光学面の非球面形状とを決定すると、ＮＡ１とＮＡ２との開口切替を自動的に行うことができ、特別な開口切替手段を設ける必要がないのでコスト上有利である。
さらに、第３の光ディスクを記録／再生する場合に、像側開口数ＮＡ３からＮＡ１の領域を通過した半導体レーザ１３からの光束が、第３の光ディスクの情報記録面９３上でフレアとなるように回折構造１４ａと、回折構造１４ａが形成される光学面の非球面形状とを決定すると、ＮＡ１とＮＡ２とＮＡ３との開口切替を自動的に行うことができるのでより好ましい。かかる場合には、回折構造１４ａは基板厚差補正手段としての機能と、開口切替手段としての機能を備えることになる。
このように、像側開口数ＮＡ２からＮＡ１の領域を通過した半導体レーザ１２からの光束と、像側開口数ＮＡ３からＮＡ１の領域を通過した半導体レーザ１３からの光束とが、それぞれ第２の光ディスクの情報記録面９２上、第３の光ディスクの情報記録面９３上でフレアとなるようにする場合、像側開口数ＮＡ２からＮＡ１に対応する領域を通過した波長λ２の光束は、像側開口数ＮＡ１内で、第２の光ディスクの情報記録面上において、波面収差が０．２０λ２ｒｍｓより大きい状態であり、かつ、像側開口数ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域を通過した波長λ３の光束は、像側開口数ＮＡ１内で、第３の光ディスクの情報記録面上において、波面収差が０．２０λ３ｒｍｓより大きい状態となるように回折構造１４ａが決定される。これにより、必要な像側開口数内の領域を通過した光束のスポットと、必要な像側開口数内より外側を通過した光束のフレアとが十分に分離され、光検出器の受光部における良好な信号検出特性が得られる。
また、上述のように、対物レンズ１４において、第２及び第３の光ディスクを記録／再生する場合に必要な像側開口数以上の光束をフレア成分としない場合には、本実施の形態の光ピックアップ装置は、上述した形態とは別の形態の開口切替手段を有することが好ましい。このような開口切替手段として、後述の図１７，図１８のような輪帯フィルタを用いることができる。また、ＮＡ１とＮＡ２とＮＡ３とに対応した絞りをそれぞれ、第１の光ディスク、第２の光ディスク、第３の光ディスクを記録／再生する際に機械的に切り替えるようにしてもよい。
また、このような開口切替手段として、互いに対向する透明電極との間に配置された液晶層と１/４波長板とを備え、透明電極のうち少なくとも一方が光軸を中心とする複数の輪帯状の電圧印加部に分割されており、かかる電圧印加部のうち少なくとも１つの電圧印加部に電圧を印加することで、液晶層の液晶分子の配向状態を輪帯状に変化させることのできる素子を用いてもよい。かかる素子を用いると、対物レンズ１４のＮＡ２からＮＡ１の領域とＮＡ２内の領域に対応する光束の偏光面をそれぞれ独立に変化させたり、対物レンズ１４のＮＡ３からＮＡ１の領域とＮＡ３内の領域に対応する光束の偏光面をそれぞれ独立に変化させることができるので、第１乃至第３の光ディスクに対する開口切替手段として機能させることができる。
また、本実施の形態では、対物レンズ１４の少なくとも１つの面１４ａ上に形成した、同心円上の複数の輪帯からなる基板厚差補正手段としての回折構造の作用により、所定の像側開口数内で回折限界内となるように、半導体レーザ１１乃至１３からの光束を、第１乃至第３の光ディスクのそれぞれの情報記録面９１乃至９３上に集光させることができるようにしたが、上記の回折構造は、対物レンズとは別に配設された光学素子の光学面上に設けてもよい。
上述のように、対物レンズとは別に配設された光学素子の光学面上に基板厚差補正手段としての回折構造を設ける場合において、第２及び第３の光ディスクを記録／再生する場合に必要な像側開口数以上の光束をフレア成分として、かかる回折構造に開口切替手段としての機能も持たせる場合には、かかる回折構造が設けられた光学素子と対物レンズとが一体となってトッラキング駆動されることが好ましい。これにより良好なトラッキング特性を得ることができる。
また、所定の像側開口数内で回折限界内となるように、波長の異なる複数の光源からの光束を、保護基板の厚さの異なる複数の光ディスクの情報記録面上に集光させることができる対物レンズとして本出願人による特開平１１−９６５８５公報や特開２００１−２２９５６７公報に記載の対物レンズを用いてもよい。
また、第１の光ピックアップ装置では、対物レンズ１４の少なくとも１つの面１４ａ上に形成した回折構造の回折作用によって所定の像側開口数内で回折限界内となるように、半導体レーザ１１乃至１３からの光束を、第１乃至第３の光ディスクのそれぞれの情報記録面９１乃至９３上に集光できるようにしたが、以下に、本実施の形態に用いることのできる、別の形態の対物レンズの例を説明する。
即ち、対物レンズの少なくとも１つの面上に形成した回折構造の回折作用によって、半導体レーザ１１及び１２からの光束を、それぞれ、第１の光ディスク及び第２の光ディスクの情報記録面９２上に、それぞれ，開口数ＮＡ１及びＮＡ２内で回折限界内となるように集光できるようにし、第３の光ディスクに対しては、対物レンズに半導体レーザ１３からの発散光束を入射させることで、保護基板厚さの違いに起因する球面収差の変化を、開口数ＮＡ３内で回折限界内となるように補正する。この場合、光ピックアップ装置は、第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行う際の開口切替手段を有することが好ましく、このような開口切替手段として後述の図１７，図１９のような輪帯フィルタを用いることができる。
また、球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として、後述される屈折率分布可変材料層を有し、電場または磁場または温度を印加することにより屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることのできる素子や、構成レンズの少なくとも１つが光軸方向に変移可能とされたビームエキスパンダを用いてもよい。
また、本実施の形態の基板厚誤差補正手段としてのコリメータ１６は、１群構成としたが、複数のレンズから構成されるようにしてもよい。このように複数のレンズから構成された基板厚誤差補正手段としてのコリメータとして、本出願人による特願２０００−３９２３３３号にあるようなコリメータがある。
また、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１５から対物レンズ１４にいたる半導体レーザ１２からの光束の経路は省略している。同様に、偏光ビームスプリッタ１５から対物レンズ１４にいたる半導体レーザ１３からの光束の経路は省略している。以降の実施の形態でも同様である。
また、本実施の形態では、対物レンズのフォーカシング誤差及び／またはトラッキング誤差を検出するための光検出手段、及び、情報記録面９１上の集光スポットの球面収差の変化を検出するための光検出手段は省略されているが、実際の光ピックアップ装置は、かかる光検出手段を有する。以降の実施の形態例においても同様に光検出手段は省略する。
次に、図１１により図９の光ピックアップ装置の変形例である第２の光ピックアップ装置を説明する。図１１に示すように、第２の光ピックアップ装置は、図９における基板厚誤差補正手段としてのコリメータと色収差補正手段とが一体化された一体化素子２０を有し、この一体化素子２０は図９と同様に１軸アクチュエータ２１により光軸方向に変移されるようになっている。さらに同一の基板上に形成された半導体レーザ１２と半導体レーザ１３が同一のケース１９内に収納されてユニット化されている。図１１の構成によれば、一体化素子２０及びユニット化された半導体レーザにより光ピックアップ装置の部品点数を低減することができるので、よりコストダウンを図ることができる。
なお、図１１の第２の光ピックアップ装置では、半導体レーザ１２と半導体レーザ１３がユニット化されているが、半導体レーザ１１と半導体レーザ１２をユニット化してもよく、半導体レーザ１１と半導体レーザ１３をユニット化してもよい。また、半導体レーザ１１と半導体レーザ１２と半導体レーザ１３をユニット化することでよりいっそうのコストダウン及び省スペース化が図れる。
〈第２の実施の形態〉
図１２は第２の実施の形態による第３の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
図１２に示すように、第３の光ピックアップ装置は、図９の第１の光ピックアップ装置と同様に、３種類の記録密度の異なる光ディスクに対して情報の記録／再生が可能な光ピックアップ装置である。
第３の光ピックアップ装置は、所定の像側開口数内で回折限界内となるように、半導体レーザ１１乃至１３からの各光束を第１乃至第３の光ディスクのそれぞれの情報記録面上に集光させることができる対物レンズ１４を有する。対物レンズ１４としては、第１の光ピックアップ装置に用いた対物レンズと同様の対物レンズを用いることができるので、詳細な説明は割愛する。
また、第３の光ピックアップ装置は、半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１乃至１３からの光束の光路合成手段である偏光ビームスプリッタ１５との間の光路中に、半導体レーザ１１のモードホッピング等の単色性の悪さに起因して、主に対物レンズ１４で発生する色収差を補正するための色収差補正手段としてのコリメータ２９を有する。コリメータ２９の少なくとも１つの面上には同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成されており、半導体レーザ１１から射出される光の波長が、長くなる方向に変化した場合に、コリメータ２９のバックフォーカスが短くなる方向に変化するような波長特性を有する。さらに、コリメータ２９の波長変化に対する焦点距離の二乗で規格化したバックフォーカスの変化量の絶対値は、同じ量の波長変化に対する対物レンズ１４の焦点距離の二乗で規格化したバックフォーカスの変化量の絶対値と略一致するので、半導体レーザ１１から出射された光束は、コリメータ２９と対物レンズ１４を経ることによってほとんど色収差なく第１の光ディスクの情報記録面９１上に集光される。このような波長特性を有するコリメータとして、本出願人による特願２００１−２４８８１９号にあるようなコリメータを用いることができる。
また、第３の光ピックアップ装置に用いるのに好ましい色収差補正手段としてのコリメータ２９として、相対的にアッベ数の大きい正レンズと、相対的にアッベ数の小さい負レンズとを貼り合わせたコリメータを用いることができる。このようなダブレット構造を有するコリメータとして、本出願人による特願２０００−２６２３７２号にあるようなコリメータを用いることができる。
また、第３の光ピックアップ装置では、コリメータに回折構造を形成して対物レンズ１４で発生する色収差を補正したが、半導体レーザ１１と偏光ビームスプリッタ１５との間に、コリメータとは別に配置された、少なくとも１面に回折構造が形成された色収差補正手段としての色収差補正素子を用いてもよい。平行光中に配置することのできる色収差補正素子として、本出願人による特願２００１−２１０６５９号にあるような色収差補正素子を用いることができる。半導体レーザ１１から射出される楕円状の光束の整形するためのビーム整形プリズムペアを光路中に配置する場合は、かかる平行光中に配置することのできる色収差補正素子を用いるのが好ましい。
また、第３の光ピックアップ装置は、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ１１の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として屈折率分布可変素子２３を偏光ビームスプリッタ１５と対物レンズ１４との間に配置している。
屈折率分布可変素子２３は、一対のガラス基板２４ａ、２４ｂに保持された互いに対向する一対の透明電極２５ａ、２５ｂとの間に配置された液晶層２６を有し、透明電極２５ａ、２５ｂに駆動電源２７から電圧を印加することで液晶層２６の液晶分子の配向状態を電気的に制御し、液晶層２６内の屈折率分布を変化させることができるように構成されている。
透明電極２５ａ、２５ｂの少なくとも一方は光軸を中心とした複数の輪帯状の電圧印加部に分割されており、これら複数の輪帯状の電圧印加部の少なくとも１つに所定の電圧を印加することで、液晶層２６の屈折率分布を光軸を中心として輪帯状に変化させることができる。第１の光ディスクの情報記録面９１上の集光スポットの球面収差の変化が図示しない光検出器によって検出された場合は、電源２７により、電圧印加部に所定の電圧を印加することで、液晶層２６の屈折率分布を光軸を中心とする輪帯状に変化させ、屈折率分布可変素子２３を透過する波面に対し所定の光路差を付加し、かかる球面収差の変化を補正する。これにより、第１の光ディスクの情報記録面９１上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
上述の説明では、屈折率分布可変素子２３として上述したような形態の屈折率分布可変素子を用いたが、本実施の形態の光ピックアップ装置に用いることのできる屈折率分布可変素子は、光軸を中心として回転対称状に屈折率分布を変化させることのできるものであればよく、上述の形態に限るものではない。
また、第３の光ピックアップ装置に用いることのできる基板厚誤差補正手段として、構成レンズの少なくとも１つが光軸方向に変移可能とされたビームエキスパンダを用いてもよい。
次に、図１３により図１２の光ピックアップ装置の変形例である第４の光ピックアップ装置を説明する。図１３に示すように、第４の光ピックアップ装置においては、半導体レーザ１２と半導体レーザ１３が図１１と同様にユニット化されているので、光ピックアップ装置の部品点数の低減によりコストダウンが図れる。
第４の光ピックアップ装置は、開口数ＮＡ１内で回折限界内となるように、半導体レーザ１１の光束を、第１の光ディスクの情報記録面９１上に集光させることができる対物レンズ３４を有する。第１の光ディスク専用の対物レンズである対物レンズ３４を用いて、半導体レーザ１２からの光を用いて第２の光ディスクを記録／再生しようとすると、保護基板厚さの違いにより補正過剰（オーバー）方向に球面収差が変化するが、第４の光ピックアップ装置では、補正過剰方向に変化した球面収差を、基板厚差補正手段としての機能も備えた屈折率分布可変素子２３により、開口数ＮＡ２内で回折限界内となるように補正することで第２の光ディスクに対する記録／再生を可能としている。
更に、半導体レーザ１３からの光を用いて第３の光ディスクを記録／再生する場合も同様に、保護基板厚さの違いにより補正過剰（オーバー）方向に変化した球面収差を、屈折率分布可変素子２３により、開口数ＮＡ３内で回折限界内となるように補正する。
また、第４の光ピックアップ装置は、ＮＡ１とＮＡ２とＮＡ３との開口切替手段として、図１３の対物レンズ３４の光源側の光学面３４ａに波長選択性のある後述の図１７、図１８のような輪帯フィルタを形成している。これにより、自動的に開口をＮＡ１とＮＡ２とＮＡ３とに切り替えることができる。かかる波長選択性のある輪帯フィルタにより、第２の光ディスク及び第３の光ディスクに対する情報の記録／再生を行う場合は、必要開口数以上の光束を遮断することで光ディスクの情報記録面上で所望のスポット径を得ることができる。
また、開口切替手段として、ＮＡ１とＮＡ２とＮＡ３とに対応した絞りをそれぞれ、第１の光ディスク、第２の光ディスク、第３の光ディスクを再生する際に機械的に切り替える手段を用いてよく、更に、第１の実施の形態で説明したような液晶を用いた開口切替素子を用いてもよい。
また、かかる開口切替手段は、対物レンズ３４と一体となってトラッキングを行うのが好ましく、これにより良好なトラッキング特性が得られる。図１３では、対物レンズ３４の光学面３４ａに設けているので、このトラックキング特性が向上する。
また、図１３の光ピックアップ装置において、対物レンズ３４は、１つのレンズ群から構成された単レンズであって、波長λ１における焦点距離をｆ１（ｍｍ）、中心厚さをｄ（ｍｍ）、対物レンズ１４に入射する波長λ１の光束の径をΦ１（ｍｍ）、第１の光ディスクに対する情報の記録／再生を行う場合の作動距離をｆＢ１（ｍｍ）としたとき、
０．７＜ｄ／ｆ１＜１．５ （２）
２．８＜Φ１＜５．８ （３）
ｆＢ１＞０．５ （４）
を満足するように構成されている。
高密度ＤＶＤ用の高ＮＡ対物レンズとして、特開平１０−１２３４１０号公報にあるような２つのレンズ群から構成される対物レンズが提案されているが、保護基板厚に１．１ｍｍの違いがある、高密度ＤＶＤとＣＤとの相互互換を共通の対物レンズで行う場合には、対物レンズを、作動距離が確保しやすい単レンズ構成とするのが好ましい。このとき、上記（２）乃至（４）式を満たすことが特に好ましく、これにより、ＣＤの作動距離を十分に確保することができる。この結果、ＤＶＤや高密度ＤＶＤのように、光ディスクの保護基板厚さの製造公差が比較的厳しく抑えられておらず、保護基板厚さの個体差によるばらつきが大きいＣＤを記録／再生する場合でもＣＤと対物レンズとの衝突の可能性を十分小さくすることができる。
〈第３の実施の形態〉
図１４は第３の実施の形態による第５の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
図１４に示すように、第５の光ピックアップ装置は、図９の第１の光ピックアップ装置と同様に、３種類の記録密度の異なる光ディスクに対して情報の記録／再生が可能な光ピックアップ装置である。
第５の光ピックアップ装置は、所定の像側開口数内で回折限界内となるように、半導体レーザ１１乃至１３からの光束を、第１乃至第３の光ディスクのそれぞれの情報記録面９１乃至９３上に集光させることができる対物レンズ１４を有する。対物レンズ１４としては、第１の光ピックアップ装置に用いた対物レンズと同様の対物レンズを用いることができるので、詳細な説明は割愛する。
さらに、第５の光ピックアップ装置は、半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１乃至１３からの光束の光路合成手段である偏光ビームスプリッタ１５との間の光路中に、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ１１の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化、による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段としてビームエキスパンダ３３を配置している。
このビームエキスパンダ３３は、負レンズ３２と正レンズ３１とから構成され、負レンズ３２が１軸アクチュエータ２１によって光軸方向に変移されるようになっている。負レンズ３２には半導体レーザ１１からの光束がコリメータ３０で平行にされて入射する。
第１の光ディスクの情報記録面９１上の集光スポットの球面収差の変化が図示しない光検出器によって検出された場合は、１軸アクチュエータ２１により負レンズ３２を所定量変移させて、対物レンズ１４に入射する光束の発散角を変化させることで、かかる球面収差の変化を補正する。集光スポットの球面収差が補正過剰（オーバー）方向に変化した場合は、負レンズ３２を正レンズ３１に近づく方向に変移させ、集光スポットの球面収差が補正不足（アンダー）方向に変化した場合は、負レンズ３２を正レンズ３３から離れる方向に変移させる。これにより、第１の光ディスクの情報記録面９１上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
なお、第５の光ピックアップ装置では、負レンズ３２を光軸方向に変移させるようにしたが、正レンズ３１を光軸方向に変移させるようにしてもよく、また負レンズ３２と正レンズ３１の両方を光軸方向に変移させるようにしてもよい。
また、第５の光ピックアップ装置では、基板厚誤差補正手段として、負レンズ３２を光軸方向に変移させるようにしたビームエキスパンダ３３を用いたが、第１の光ピックアップ装置と同様に、光軸方向に変移させるようにしたコリメータを用いてもよいし、第３の光ピックアップ装置と同様に、屈折率分布可変素子を用いてもよい。いずれの場合でも、第１の光ディスクの情報記録面９１上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
さらに、第５の光ピックアップ装置では、ビームエキスパンダ３３は基板厚誤差補正手段として機能に加えて、色収差補正手段としての機能も備える。すなわち、ビームエキスパンダ３３の正レンズ３１の光ディスク側の面３１ａ上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成されており、半導体レーザ１１から射出される光の波長が、長くなる方向に変化した場合に、ビームエキスパンダ３３のパワーが大きくなるような波長特性を有するので、半導体レーザ１１から出射された光束は、ビームエキスパンダ３３と対物レンズ１４を経ることによってほとんど色収差なく第１の光ディスクの情報記録面９１上に集光される。
第５の光ピックアップ装置に用いるのが好ましいビームエキスパンダとして本出願人による特願２０００−３３０００９号にあるようなビームエキスパンダを用いることができる。
第５の光ピックアップ装置では、ビームエキスパンダ３３の正レンズ３１の少なくとも１面上に回折構造を形成することで、対物レンズ１４で発生する色収差を補償したが、負レンズ３２の少なくとも１面上に回折構造を形成してもよく、負レンズ３２と正レンズ３１の両方に回折構造を形成してもよい。
また、第５の光ピックアップ装置では、ビームエキスパンダ３３の正レンズ３１の少なくとも１面上に回折構造を形成することで、対物レンズ１４で発生する色収差を補償したが、半導体レーザ１１のモードホッピング等の単色性の悪さに起因して、主に対物レンズ１４で発生する色収差を補正するための色収差補正手段として、特願２００１−２４８８１９号や特願２０００−２６２３７２号にあるようなコリメータを用いることができる。
さらに、本出願人による特願２００１−２１０６５９号にあるような色収差補正素子を用いることができる。
次に、図１５により図１４の光ピックアップ装置の変形例である第６の光ピックアップ装置を説明する。図１５に示すように、第６の光ピックアップ装置では、半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１乃至１３からの出射光の合成手段である偏光ビームスプリッタ１５との間の光路中に、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ１１の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として、１軸アクチュエータ２１により光軸方向に変移されるようにしたコリメータ３９を備える。これにより、第１の光ディスクの情報記録面９１上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
また、第６の光ピックアップ装置では、コリメータ３９は基板厚誤差補正手段としての機能に加えて、色収差補正手段としての機能も備える。即ち半導体レーザ１１のモードホッピング等の単色性の悪さに起因して、主に対物レンズ１４で発生する色収差を補正するためにコリメータ３９の光ディスク側の面３９ａ上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を形成した。これにより、コリメータ３９は半導体レーザ１１から射出される光の波長が、長くなる方向に変化した場合に、コリメータ３９のバックフォーカスが短くなる方向に変化するような波長特性を有するので、半導体レーザ１１から射出された光束は、コリメータ３９及び対物レンズ１４を透過することでほとんど色収差なく第１の光ディスクの情報記録面９１上に集光される。
〈第４の実施の形態〉
図１６は第４の実施の形態による第７の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
図１６に示すように、第５の光ピックアップ装置は、図９の第１の光ピックアップ装置と同様に、３種類の記録密度の異なる光ディスクに対して情報の記録／再生が可能な光ピックアップ装置である。
本実施の形態の第７の光ピックアップ装置は、開口数ＮＡ１内で回折限界内となるように、半導体レーザ１１の光束を、第１の光ディスクの情報記録面９１上に集光させることができる対物レンズ３４を有する。
第７の光ピックアップ装置では、半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１乃至１３からの光束の光路合成手段である偏光ビームスプリッタ１５との間の光路中に、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ１１の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として、１軸アクチュエータ２１により光軸方向に変移されるようにしたコリメータ３９を備える。これにより、第１の光ディスクの情報記録面９１上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
また、第７の光ピックアップ装置では、コリメータ３９は基板厚誤差補正手段としての機能に加えて、色収差補正手段としての機能も備える。すなわち半導体レーザ１１のモードホッピング等の単色性の悪さに起因して、主に対物レンズ３４で発生する色収差を補正するためにコリメータ３９の光ディスク側の面３９ａ上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を形成した。これにより、コリメータ３９は半導体レーザ１１から射出される光の波長が、長くなる方向に変化した場合に、コリメータ３９のバックフォーカスが短くなる方向に変化するような波長特性を有するので、半導体レーザ１１から射出された光束は、コリメータ３９及び対物レンズ３４を透過することでほとんど色収差なく第１の光ディスクの情報記録面９１上に集光される。
第７の光ピックアップ装置では、半導体レーザ１２と偏光ビームスプリッタ１５との間の光路中であって、半導体レーザ１２からの光束と半導体レーザ１３からの光束との共通光路中に、光ディスク側の面３５ａ上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成された基板厚差補正手段としての回折光学素子３５を備える。
第１の光ディスク専用の対物レンズである対物レンズ３４を用いて、半導体レーザ１２からの光を用いて第２の光ディスクを記録／再生しようとすると、保護基板厚さの違いにより補正過剰（オーバー）方向に球面収差が変化する。同様に、対物レンズ３４を用いて、半導体レーザ１３からの光を用いて第３の光ディスクを記録／再生しようとすると、保護基板厚さの違いにより補正過剰（オーバー）方向に球面収差が変化する。第７の光ピックアップ装置では、補正過剰方向に変化した球面収差を、回折光学素子３５の回折作用によって、半導体レーザ１２からの光束を、第２の光ディスクを記録／再生する際に必要な像側開口数ＮＡ２内で回折限界内となるように補正し、さらに半導体レーザ１３からの光束を、第３の光ディスクを記録／再生する際に必要な像側開口数ＮＡ３内で回折限界内となるように補正するので、第１の光ディスク専用の対物レンズ３４を用いて、保護基板厚さの異なる第２の光ディスク及び第３の光ディスクに対する情報の記録／再生が可能である。
図１６の光ピックアップ装置において、回折光学素子３５の回折構造３５ａは、半導体レーザ１２からの波長λ２の光が入射したときに発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の次数ｎ２と、半導体レーザ１３からの波長λ３の光が入射したときに発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の次数ｎ３とが同一となるように最適化され、その最適化波長は、λ２とλ３との中間の波長である。これにより、第２の光ディスクと第３の光ディスクの使用波長領域において、それぞれ高い回折効率を得ることができる。
例えば、回折構造３５ａを、
６８０ｎｍ＜λB＜７４０ｎｍ
を満足する波長λBと回折次数１とで最適化すると、半導体レーザ１２からの波長６５０ｎｍの光と、半導体レーザ１３からの波長７８０ｎｍの光と、が回折構造３５ａに入射したときに発生する、それぞれの光の１次回折光の回折効率をともに９５％以上とすることができる。
また、図１６の光ピックアップ装置のように、基板厚差補正手段としての回折光学素子３５を、半導体レーザ１２及び１３からの光束は通過するが、半導体レーザ１１からの光束は通過しない光路に配置して、半導体レーザ１２及び１３からの光束の同一次数の回折光を、それぞれ、第２の光ディスク及び第３の光ディスクに対する記録／再生に使用するようにすると、半導体レーザ１２からの光束の波長λ２と半導体レーザ１３からの光束の波長λ３との中間の波長と、回折次数２で回折構造３５ａを最適化した場合でも、波長λ２の光と、波長λ３の光とで、ともに高い回折効率を確保できる。このように、回折次数２で回折構造３５ａを最適化することで、回折次数１で最適化する場合に比して、隣合う回折輪帯の間隔を２倍に広げることができるので、回折輪帯形状の製造誤差による回折効率の低下が小さい回折光学素子３５を実現できる。
例えば、ｎ２＝ｎ３＝１、λB＝７１０ｎｍで回折構造３５ａを最適化した場合、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率は、
第２の光ディスク（ＤＶＤ、波長６５０ｎｍ） ：９７．２％
第３の光ディスク（ＣＤ、波長７８０ｎｍ） ：９７．３％
であるのに対し、ｎ２＝ｎ３＝２、λB＝７１０ｎｍで回折構造３５ａを最適化した場合でも、
第２の光ディスク（ＤＶＤ、波長６５０ｎｍ） ：８９．３％
第３の光ディスク（ＣＤ、波長７８０ｎｍ） ：８９．８％
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域で十分な回折効率を確保できる。
また、第７の光ピックアップ装置では、ＮＡ１とＮＡ２とＮＡ３との開口切替手段として、対物レンズ３４の光源側の光学面３４ａに後述の図１７，図１８のような輪帯フィルタが形成されている。また、開口切替手段として、ＮＡ１とＮＡ２とＮＡ３とに対応した絞りをそれぞれ、第１の光ディスク、第２の光ディスク、第３の光ディスクを再生する際に機械的に切り替えるようにしてもよい。また、開口切替手段として第１の実施の形態で説明したような液晶を用いた開口切替素子を用いることができる。
また、図１６の光ピックアップ装置において、対物レンズ３４は、１つのレンズ群から構成された単レンズであって、波長λ１における焦点距離をｆ１（ｍｍ）、中心厚さをｄ（ｍｍ）、対物レンズ１４に入射する波長λ１の光束の径をΦ１（ｍｍ）、第１の光ディスクに対する情報の記録／再生を行う場合の作動距離をｆＢ１（ｍｍ）としたとき、
０．７＜ｄ／ｆ１＜１．５ （２）
２．８＜Φ１＜５．８ （３）
ｆＢ３＞０．５ （４）
を満足するように構成されている。
高密度ＤＶＤ用の高ＮＡ対物レンズとして、特開平１０−１２３４１０にあるような２つのレンズ群から構成される対物レンズが提案されているが、保護基板厚に１．１ｍｍの違いがある、高密度ＤＶＤとＣＤとの相互互換を共通の対物レンズで行う場合には、対物レンズを、作動距離が確保しやすい単レンズ構成とするのが好ましい。このとき、上記（２）乃至（４）式を満たすことが特に好ましく、これにより、ＣＤの作動距離を十分に確保することができる。この結果、ＤＶＤや高密度ＤＶＤのように、光ディスクの保護基板厚さの製造公差が比較的厳しく抑えられておらず、保護基板厚さの個体差によるばらつきが大きいＣＤを記録／再生する場合でもＣＤと対物レンズとの衝突の可能性を十分小さくすることができる。
図９、１１、１２、１４、１５の光ピックアップ装置において、対物レンズ１４の回折構造１４ａは、
３４０ｎｍ＜λB＜４４０ｎｍ （Ａ）
を満足する波長（以下、λBを最適化波長、または製造波長、またはブレーズ化波長とよぶ）と、回折次数２で最適化されているので、半導体レーザ１１からの波長４００ｎｍの光が入射した場合には、２次回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きな光量を有するよう発生し、対物レンズ１４は、その２次回折光を第１の光ディスクの情報記録面上に集光する。
このとき、対物レンズ１４の回折構造１４ａに、半導体レーザ１２からの波長６５０ｎｍの光が入射した場合に、１次回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きな光量を有するように発生し、対物レンズ１４は、その１次回折光を第２の光ディスクの情報記録面上に集光するとともに、対物レンズ１４の回折構造１４ａに、半導体レーザ１３からの波長７８０ｎｍの光が入射した場合に、１次回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きな光量を有するように発生し、対物レンズ１４は、その１次回折光を第３の光ディスクの情報記録面上に集光する。
このように、（Ａ）式を満足する波長と回折次数２で、回折構造１４ａを最適化することで、第１の光ディスクに対する情報の記録／再生に使用する回折光の次数と、第２の光ディスク、及び第３の光ディスクに対する情報の記録／再生に使用する回折光の次数とを異なるようにし、かつ、第１の光ディスクに対する情報の記録／再生に使用する回折光の次数が、第２の光ディスク、及び第３の光ディスクに対する情報の記録／再生に使用する回折光の次数よりも大きくなるようにすると、それぞれの光ディスクの使用波長領域において、それぞれ高い回折効率を得ることができる。
対物レンズ１４の回折構造１４ａを決定する場合には、少なくとも、回折構造１４ａで発生する半導体レーザ１１からの光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する次数の回折光の回折効率が７０％より大きくなるように、回折構造１４ａを最適化するのが好ましい。より好ましくは、回折構造１４ａで発生する半導体レーザ１１乃至１３からのそれぞれの光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する次数の回折光の回折効率がすべて７０％より大きくなるように、回折構造１４ａが最適化されることである。
以下に具体例を示す。ある製造波長λB、回折次数ｎで最適化された理想的なブレーズ構造が形成された回折レンズを考えると、この回折レンズのある波長λでの回折効率η（λ）は、波長λBにおけるレンズ材料の屈折率と、波長λにおけるレンズ材料の屈折率がほとんど変わらないと仮定すると、次式数１で表される。
Figure 0004577664
図６０は、ある製造波長λB、回折次数１で最適化されたブレーズ構造で発生する、波長４０５ｎｍの光の１次回折光と、波長６５０ｎｍの光の１次回折光と、波長７８０ｎｍの光の１次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。
図６０から、特開２００１−１９５７６９公報に記載の光ピックアップ装置のように、対物レンズ１４の回折構造１４ａで発生する半導体レーザ１１乃至１３からの光の同一次数の回折光を、それぞれの光ディスクへの記録／再生再生に使用する場合には、それぞれの光ディスクの使用波長領域で高い回折効率を得ることはできないことがわかる。
図６１は、３４０ｎｍ≦λB≦４５０ｎｍを満足する製造波長と、回折次数２で最適化されたブレーズ構造で発生する波長４０５ｎｍの光の２次回折光と、波長６５０ｎｍの光の１次回折光と、波長７８０ｎｍの光の１次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。
図６１から、第１の光ディスクへの記録／再生に半導体レーザ１１からの光の２次回折光を、第２及び第３の光ディスクへの記録／再生に、それぞれ半導体レーザ１２及び半導体レーザ１３からの光の１次回折光を利用する場合には、３５０ｎｍから４２０ｎｍの間の波長を製造波長に設定した場合に、それぞれの光ディスクの使用波長領域で高い回折効率を得ることができることがわかる。特に、３６０ｎｍから４００ｎｍの間の波長を製造波長に設定すると、それぞれの光ディスクの使用波長領域で８０％以上という高い回折効率を得ることができるので好ましい。
次に、対物レンズ１４の回折構造１４ａのブレーズ構造の最適化の方法として好ましい別の例を説明する。
図６２は、３９０ｎｍ≦λB≦４４０ｎｍを満足する製造波長と、回折次数６で最適化されたブレーズ構造で発生する波長４０５ｎｍの光の６次回折光と、波長６５０ｎｍの光の４次回折光と、波長７８０ｎｍの光の３次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。
図６２から、第１の光ディスクへの記録／再生に半導体レーザ１１からの光の６次回折光を、第２の光ディスクへの記録／再生に半導体レーザ１２からの光の４次回折光を、第３の光ディスクへの記録／再生に半導体レーザ１３からの光の３次回折光を利用する場合には、４０５ｎｍから４２５ｎｍの間の波長を製造波長に設定した場合に、それぞれの光ディスクの使用波長領域で高い回折効率を得ることができることがわかる。特に、４１０ｎｍから４２０ｎｍの間の波長を製造波長に設定すると、それぞれの光ディスクの使用波長領域で８０％以上という高い回折効率を得ることができるので好ましい。
なお、上述した、それぞれの光ディスクの使用波長領域で高い回折効率を得るために好ましい製造波長の範囲は、半導体レーザ１１乃至１３から発振される光の波長がそれぞれ、
３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
を満たす場合に適用可能である。
半導体レーザ１１乃至１３からの光束のすべての光束が通過する共通の光路に、基板厚差補正手段を配置すると、図９、１１、１２、１４、１５の光ピックアップ装置のように、対物レンズと、基板厚差補正手段としての回折構造とを一体化できるので、光ピックアップ光学系の光学素子の数を削減でき、コストの観点上好ましい。
さらに、上述したように、開口数ＮＡ２より外側の領域を通過する半導体レーザ１２からの光束と、開口数ＮＡ３より外側の領域を通過する半導体レーザ１３からの光束と、がフレアとなるように、対物レンズの光学面上に形成した基板厚差補正手段としての回折構造を決定することで、この回折構造に開口切替手段としての機能も持たせることができるので、光ピックアップ光学系の光学素子の数をさらに、削減でき、コストの観点上より好ましい。
また、図９、１１、１２、１４、１５の光ピックアップ装置において、対物レンズ１４は、１つのレンズ群から構成された単レンズであって、波長λ１における焦点距離をｆ１（ｍｍ）、中心厚さをｄ（ｍｍ）、対物レンズ１４に入射する波長λ１の光束の径をΦ１（ｍｍ）、第３の光ディスクに対する情報の記録／再生を行う場合の作動距離をｆＢ３（ｍｍ）としたとき、
０．７＜ｄ／ｆ１＜１．５ （２）
２．８＜Φ１＜５．８ （３）
ｆＢ３＞０．２ （４）
を満足するように構成されている。
高密度ＤＶＤ用の高ＮＡ対物レンズとして、特開平１０−１２３４１０にあるような２つのレンズ群から構成される対物レンズが提案されているが、保護基板厚に１．１ｍｍの違いがある、高密度ＤＶＤとＣＤとの相互互換を共通の対物レンズで行う場合には、対物レンズを、作動距離が確保しやすい単レンズ構成とするのが好ましい。このとき、上記（２）、（３）式を満たすことが特に好ましく、これにより、ＣＤの作動距離を（４）式を満たすように十分に確保することができる。ＣＤの作動距離が（４）式を満たしていれば、ＤＶＤや高密度ＤＶＤのように、光ディスクの保護基板厚さの製造公差が比較的厳しく抑えられておらず、保護基板厚さの個体差によるばらつきが大きいＣＤを記録／再生する場合でもＣＤと対物レンズとの衝突の可能性を十分小さくすることができる。
また、図９、１１、１２、１４、１５の光ピックアップ装置において、対物レンズ１４は、さらに、第３の光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う場合の結像倍率ｍ３が
ｍ３＜０ （５）
を満たすように構成されている。これにより、ＣＤの作動距離の確保が容易になる。
このとき、
−０．２５＜ｍ３＜−０．０５ （６）
を満たすのが特に好ましく、ＣＤの作動距離を十分に確保しつつ、第１乃至第３の光ディスクの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差補正を良好に行うことができる。
図９、１１、１２、１４、１５の光ピックアップ装置において、対物レンズ１４は、さらに、第２の光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う場合の結像倍率ｍ２が
ｍ２＜０ （７）
を満たすように構成されている。これにより、ＤＶＤの作動距離の確保も容易になる。
このとき、
−０．２０＜ｍ２＜−０．０２ （８）
を満たすのが特に好ましく、ＤＶＤの作動距離を十分に確保しつつ、第１乃至第３の光ディスクの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差補正を良好に行うことができる。
次に、第３の実施の形態による第８の光ピックアップ装置について説明する。図６３は第３の実施の形態による第８の光ピックアップ装置を概略的に示す図であって、図９、１１、１２、１４、１５の光ピックアップ装置における対物レンズ１４の基板厚差補正手段としての機能と、光ディスクの情報記録面上に光源からの光束を集光させるための集光レンズとしての機能を、それぞれ独立した光学素子に分離している。
第８の光ピックアップ装置の対物レンズ１００は、半導体レーザ１１乃至１３からの光束を、それぞれ、第１乃至第３の光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光レンズとしての機能を有する屈折型レンズ１００ａと、屈折型レンズ１００ａの光束入射面側に配置された、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有する基板厚差補正手段としての機能を有する回折光学素子１００ｂとを組合わせた複合型対物レンズである。屈折型レンズ１００ａと回折光学素子１００ｂとは、フランジ部１００ｃによって光軸と同軸に一体化され、２次元アクチュエータ２２によって、一体となってトラッキング駆動やフォーカシング駆動される。
屈折型レンズ１００ａは、１つのレンズ群から構成された単レンズであって、波長λ１における複合型対物レンズ１００の焦点距離をｆ１（ｍｍ）、波長λ１における屈折型レンズ１００ａの中心厚さをｄ（ｍｍ）、複合型対物レンズ１００に入射する波長λ１の光束の径をΦ１（ｍｍ）、第３の光ディスクに対する情報の記録／再生を行う場合の作動距離をｆＢ３（ｍｍ）としたとき、
０．７＜ｄ／ｆ１＜１．５ （９）
２．８＜Φ１＜５．８ （１０）
ｆＢ３＞０．２ （１１）
を満足するように構成されている。
屈折型レンズ１００ａとして、少なくとも波長λ１の領域で収差が補正された非球面レンズを用いることができる。
また、回折光学素子１００ｂの回折構造１００ｄは、第１の光ディスクに対する情報の記録／再生に使用する回折光の次数と、第２の光ディスク、及び第３の光ディスクに対する情報の記録／再生に使用する回折光の次数とを異なるようにし、かつ、第１の光ディスクに対する情報の記録／再生に使用する回折光の次数が、第２の光ディスク、及び第３の光ディスクに対する情報の記録／再生に使用する回折光の次数よりも大きくなるように決定されている。
回折光学素子１００ｂの回折構造１００ｄの最適化の方法は、図９、１１、１２、１４、１５の光ピックアップ装置における対物レンズ１４の回折構造１４ａのブレーズ構造の最適化の方法と同様なので、説明は割愛する。
さらに、回折光学素子１００ｂの回折構造１００ｄは、波長λB、前記回折次数ｎ１で最適化された複数の輪帯の各位置を、
Φb＝ｎ１・（ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・）
により定義される光路差関数で表す場合に（ここで、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）、ｎ１は回折構造１００ｄに半導体レーザ１１からの波長λ１の光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数である）、
ＰＤ＝Σ（−２・ｎ１・ｂ2）
により定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ-1）が
０．５×１０-2＜ＰＤ＜５．０×１０-2
を満たすような正のパワーを有するのが好ましく、これにより半導体レーザ１１のモードホップによる屈折型レンズ１００ａの結像位置の移動が小さく抑えることができる。すなわち、回折光学素子１００ｂは、基板厚差補正手段としての機能に加えて、色収差補正手段としての機能も備えている。
第８の光ピックアップ装置の対物レンズ１００のように、対物レンズにおける基板厚差補正手段としての機能と、集光レンズとしての機能を、それぞれ独立した光学素子に分離することで、図９、１１、１２、１４、１５の光ピックアップ装置における対物レンズ１４のように、屈折レンズの光学面上に、回折構造を一体形成する場合に比べ、回折光学素子１００ｂとを作りやすくすることができる。
具体的には、回折光学素子１００ｂの回折構造１００ｄは、平面上あるいは、曲率半径の大きい面上に形成されたブレーズ構造とすると良い。ブレーズ構造を平面上あるいは、曲率半径の大きい面上に形成することで、電子ビーム描画法により高精度にブレーズ構造を作製できるので、ブレーズ構造の形状誤差による回折効率の低下の小さい回折光学素子が得られる。この場合、ブレーズ構造が形成された面とは反対側の光学面を非球面とすると、さらに高性能な回折光学素子を得ることができる。
さらに、第８の光ピックアップ装置は、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの透明基板厚さの製造誤差、対物レンズ１００等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ１１の製造誤差による波長の変化、温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化、による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として、１軸アクチュエータ２１によって光軸方向に変移されるコリメータ１６を有する。
〈第５の実施の形態〉
図６４は第５の実施の形態による第９の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
第９の光ピックアップ装置における、対物レンズ３４は、半導体レーザ１１の波長領域で収差最小となるように設計された、第１の光ディスク専用の非球面対物レンズである。
対物レンズ３４を使用して、半導体レーザ１２により第２の光ディスクを記録／再生しようとすると、保護基板厚さの違いにより補正過剰方向に球面収差が変化するが、第９の光ピックアップ装置では、半導体レーザ１２からの光だけが通過する光路である、半導体レーザ１２と偏光ビームスプリッタ１５との間の光路中に、上述の補正過剰方向に変化した球面収差を良好に補正し、対物レンズ３４を使用して、半導体レーザ１２により第２の光ディスクを記録／再生できるようにするための第１基板厚差補正手段である、カップリングレンズ１１０を備える。
カップリングレンズ１１０の光学面上には、同芯円状の複数の輪帯からなる回折構造１１０ａが形成されており、この回折構造は、入射する光の波長が長くなる方向に変化した場合に、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有する。
さらに、回折構造１１０ａは、半導体レーザ１２の波長に一致する波長で最適化されているので、良好な回折効率を得ることができる。
同様に、対物レンズ３４を使用して、半導体レーザ１３により第３の光ディスクを記録／再生しようとすると、保護基板厚さの違いにより補正過剰方向に球面収差が変化するが、第９の光ピックアップ装置では、半導体レーザ１３からの光だけが通過する光路である、半導体レーザ１３と偏光ビームスプリッタ１７との間の光路中に、上述の補正過剰方向に変化した球面収差を良好に補正し、対物レンズ３４を使用して、半導体レーザ１３により第３の光ディスクを記録／再生できるようにするための第２基板厚差補正手段である、カップリングレンズ１１１を備える。
カップリングレンズ１１１の光学面上には、同芯円状の複数の輪帯からなる回折構造１１１ａが形成されており、この回折構造は、入射する光の波長が長くなる方向に変化した場合に、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有する。
さらに、回折構造１１１ａは、半導体レーザ１３の波長に一致する波長で最適化されているので、良好な回折効率を得ることができる。
また、第９の光ピックアップ装置では、対物レンズ３４の光学面上には、ＮＡ１とＮＡ２とＮＡ３との開口切替手段として、図１７に示すような輪帯フィルタが形成されており、この輪帯フィルタは、図１８にあるような波長特性を有するので、情報の記録／再生を行う光ディスクの種類に応じて自動的に開口が切替わるので、光ピックアップ装置の構造を簡略化でき、コストを大幅に低減することができる。
さらに、第９の光ピックアップ装置は、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの透明基板厚さの製造誤差、対物レンズ３４等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ１１の製造誤差による波長の変化、温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化、による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として、１軸アクチュエータ２１によって光軸方向に変移されるコリメータ３９を有する。
また、コリメータ３９は基板厚誤差補正手段としての機能に加えて、色収差補正手段としての機能も備える。すなわち、コリメータ３９の光学面上には、同芯円状の複数の輪帯からなる回折構造３９ａが形成されており、回折構造３９ａは入射する光の波長が長くなる方向に変化した場合に、コリメータ３９のバックフォーカスが短くなる方向に変化するような波長特性を有するので、コリメータ３９と対物レンズ３４を通過した、半導体レーザ１１からの光束は、第１の光ディスクの情報記録面９１上にほとんど色収差なく集光される。
〈第６の実施の形態〉
図９１は、本実施の形態の対物レンズＯＢＪ１を示す概略図であり、図９１（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は側面を一部拡大した図である。この対物レンズＯＢＪ１は、例えば、青紫色半導体レーザのような短波長光源を使用する高密度ＤＶＤ等の高密度光ディスクと、赤色半導体レーザを使用するＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ規格の光ディスクと、赤外半導体レーザを使用するＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ等のＣＤ規格の光ディスクとに対して共通の対物レンズでコンパチブルに記録／再生するための光ピックアップ装置に適用され、光源から発したレーザ光を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有している。
対物レンズＯＢＪ１は、非球面である２つの光学面Ｓ１、Ｓ２を有する単レンズであり、一方の光学面Ｓ１上に図９１（Ａ）に示したように光軸を中心とした輪帯状の回折構造が形成されている。この回折構造は、図９１（Ｃ）に示したように、フレネルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向に段差Δを持つ。輪帯に入射したレーザ光は、その輪帯の光軸に垂直な方向の幅（本明細書では、かかる輪帯の光軸に垂直な方向の幅を「輪帯ピッチ」と呼ぶ。）と、その輪帯の光軸方向の段差量とによって決定される方向に回折する。
対物レンズＯＢＪ１をプラスチックレンズとすると、軽量にすることができるので対物レンズＯＢＪ１を駆動するアクチュエータへの負担を軽減でき、フォーカスエラーやトッラキングエラーに対する対物レンズＯＢＪ１の追従を高速に行うことができる。
さらに、プラスチックレンズは、所望の金型を精度良く製作することで、射出成形により高精度に量産することが可能であるので、対物レンズＯＢＪ１の高性能化や低コスト化を図ることが可能となる。また、プラスチック材料は粘性が低いので、微細な構造である回折構造を高精度に転写することができ、形状誤差による回折効率の低下の小さい対物レンズを得ることができる。
一方、対物レンズＯＢＪ１をガラスレンズとすると、温度変化による屈折率変化の影響を受けにくくなるので、高密度光ディスクに対して記録／再生中にアクチュエータから放熱等によりピックアップ装置の温度が上昇しても、その集光性能が劣化することはない。
また、ガラス材料は、一般的に４００ｎｍ程度の短波長のレーザ光に対して透過率や耐光性が高いので、高密度光ディスク用の対物レンズとして信頼性の高いレンズを得ることができる。対物レンズＯＢＪ１をガラスレンズとする場合には、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下であるガラス材料を使用して、金型を用いた成型法で作製するのが好ましい。これにより、通常のガラス材料よりも低い温度での成形が可能となるので、成形時間の短縮や金型の長寿命化等に関して有利となり、結果として対物レンズ１の低コスト化を実現できる。このようなガラス材料として、住田光学ガラス社製のＰＧ３７５（商品名）やＰＧ３２５（商品名）等がある。
図９２は、この対物レンズＯＢＪ１を使用した光ピックアッフ装置ＰＵ１を示す概略図である。透明基板の厚さの異なる３種類の光ディスクは、透明基板が最も薄く記録密度が最も大きい、高密度ＤＶＤである第１光ディスクＤ１と、透明基板が０．６ｍｍであるＤＶＤ規格の第２の光ディスクＤ２と、透明基板が１．２ｍｍであるＣＤ規格の第３の光ディスクＤ３である。
光ピックアップ装置ＰＵ１は、第１の光ディスクＤ１の記録／再生用の光を発生する第１の光源である半導体レーザＬＤ１と、第２の光ディスクＤ２の記録・再生用の光を発生する第２の光源である半導体レーザＬＤ２と、第３の光ディスクＤ３の記録・再生用の光を発生する第３の光源である半導体レーザＬＤ３、の３種類の半導体レーザを備えており、これらの半導体レーザは、情報を記録／再生する光ディスクに応じて選択的に発光される。
半導体レーザＬＤ１は、波長４００ｎｍ程度のレーザ光を発生するＧａＮ系青紫色レーザである。また、波長４００ｎｍ程度のレーザ光を発生する光源として、上記のＧａＮ系青紫色レーザのほかに、２次高調波を利用したＳＨＧ青紫色レーザを使用してもよい。半導体レーザＬＤ２は、波長６５０ｎｍ程度のレーザ光を発生する赤色半導体レーザであり、半導体レーザＬＤ３は、波長７８０ｎｍ程度のレーザ光を射出する赤外半導体レーザである。
対物レンズＯＢＪ１は、半導体レーザＬＤ１から射出されコリメートレンズＣＬを介した平行光束を第１の光ディスクＤ１の透明基板を介して情報記録面Ｄｒ１上に、第１の開口数（ＮＡ１）内で回折限界内となるように集光し、半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束を第２の光ディスクＤ２の透明基板を介して情報記録面Ｄｒ２上に、第２の開口数（ＮＡ２）内で回折限界内となるように集光し、半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束を第３の光ディスクＤ３の透明基板を介して情報記録面Ｄｒ３上に、第３の開口数（ＮＡ３）内で回折限界内となるように集光するレンズであって、ＮＡ１は０．８０以上とされ、ＮＡ２は０．６０乃至０．７０とされ、ＮＡ３は０．４５乃至０．５５とされている。
このように、第２の光ディスクＤ２及び第３の光ディスクＤ３に対して情報の記録／再生を行う際に、対物レンズ１に対して、半導体レーザＬＤ２及び半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束を入射するようにすると、透明基板の厚い第２の光ディスクＤ２及び第３の光ディスクＤ３に対して十分な作動距離を確保できる。
対物レンズＯＢＪ１の光源側の光学面２上に形成された回折構造は、図９１（Ａ）に示すように、光軸から周辺に向かって第１の光ディスクＤ１乃至第３の光ディスクＤ３のすべての光ディスクに対して記録／再生を行うのに使用されるＮＡ３内に対応した共通領域と、第１の光ディスクＤ１及び第２の光ディスクＤ２に対して記録／再生を行うのに使用されるＮＡ３〜ＮＡ２に対応した第１の周辺領域と、第１の光ディスクＤ１に対して記録／再生を行うのに使用されるＮＡ２〜ＮＡ１に対応した第２の周辺領域とに分割されている。
共通領域に形成された回折構造は、
３５０ｎｍ＜λＢ＜４２０ｎｍ
を満たす波長λＢの光が入射した場合に、２次回折光が理論上１００％の回折効率で発生するように最適化されている。このように決定された回折構造に、半導体レーザＬＤ１から射出された光束が入射した場合、２次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、対物レンズ１はこの２次回折光を、第１の光ディスクＤ１の記録／再生用のビームとしてその情報記録面Ｄｒ１上に集光する。また、半導体レーザＬＤ２から射出された光束が入射した場合、１次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、対物レンズ１はこの１次回折光を、第２の光ディスクＤ２の記録／再生用のビームとしてその情報記録面Ｄｒ２上に集光する。また、半導体レーザＬＤ３から射出された光束が入射した場合、１次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、対物レンズ１はこの１次回折光を、第３の光ディスクＤ３の記録／再生用のビームとしてその情報記録面Ｄｒ３上に集光する。
このように、共通領域に形成された回折構造で発生する最大の回折光量を有する回折光の次数を、
｜ｎ２｜＝ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）
｜ｎ３｜＝ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）
｜ｎ１｜＞｜ｎ２｜≧｜ｎ３｜
｜ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ２）−（λ１・｜ｎ１｜／λ２）│＜０．４
｜ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）−（λ１・｜ｎ１｜／λ３）│＜０．４
（ただし、ｎ１は０、±１以外の整数であり、ＩＮＴ（λ１・│ｎ１│／λ２）はλ１・｜ｎ１｜／λ２を四捨五入して得られる整数であり、ＩＮＴ（λ１・｜ｎ１｜／λ３）はλ１・｜ｎ１｜／λ３を四捨五入して得られる整数である。）
を満たすように決定することで、半導体レーザＬＤ１乃至ＬＤ３のレーザ光に対して、それぞれｎ１次回折光、ｎ２次回折光、ｎ３次回折光の回折効率を高いものとすることができる。
例えば、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の波長がそれぞれ４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍである場合、λＢとして波長３７５ｎｍを選択すると、それぞれの光ディスクの記録／再生用のビームの回折効率は、
４０５ｎｍの２次回折光の回折効率：９３．０％
６５０ｎｍの１次回折光の回折効率：９２．５％
７８０ｎｍの１次回折光の回折効率：９９．５％
となる。
ＮＡ３〜ＮＡ２に対応した第１の周辺領域に形成された回折構造も、共通領域に形成された回折構造と同様に、
３５０ｎｍ＜λＢ＜４２０ｎｍ
を満たす波長λＢの光が入射した場合に、２次回折光が理論上１００％の回折効率で発生するように最適化されている。
また、第２の周辺領域に形成された回折構造で発生する回折光は、第１の光ディスクＤ１に対して記録／再生を行うのに使用され、第２の光ディスクＤ２及び第３の光ディスクＤ３に対して記録／再生を行うのには使用されないので、第２の周辺領域においては、半導体レーザＬＤ１から射出される光束の回折効率が重要となる。従って、第２の周辺領域に形成された回折構造に半導体レーザＬＤ２と同じ波長の光が入射すると、２次回折光が理論上１００％の回折効率で発生するように最適化した。
また、共通領域に形成された回折構造は、
４０５ｎｍ＜λＢ＜４２５ｎｍ
を満たす波長λＢの光が入射した場合に、６次回折光が理論上１００％の回折効率で発生するように最適化しても良い。このように決定された回折構造に、半導体レーザＬＤ１から射出された光束が入射した場合、６次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、半導体レーザＬＤ２から射出された光束が入射した場合、４次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、半導体レーザＬＤ３から射出された光束が入射した場合、３次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
例えば、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の波長がそれぞれ４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍである場合、λＢとして波長４１５ｎｍを選択すると、それぞれの光ディスクの記録／再生用のビームの回折効率は、
４０５ｎｍの６次回折光の回折効率；９３．０％
６５０ｎｍの４次回折光の回折効率：９０．９％
７８０ｎｍの３次回折光の回折効率；８８．４％
となる。
また、共通領域に形成された回折構造は、
３９０ｎｍ＜λＢ＜４２０ｎｍ
を満たす波長λＢの光が入射した場合に、８次回折光が理論上１００％の回折効率で発生するように最適化しても良い。このように決定された回折構造に、半導体レーザＬＤ１から射出された光束が入射した場合、８次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、半導体レーザＬＤ２から射出された光束が入射した場合、５次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、半導体レーザＬＤ３から射出された光束が入射した場合、４次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
例えば、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の波長がそれぞれ４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍである場合、λＢとして波長４０５ｎｍを選択すると、それぞれの光ディスクの記録／再生用のビームの回折効率は、
４０５ｎｍの８次回折光の回折効率：１００％
６５０ｎｍの５次回折光の回折効率：９９．９％
７８０ｎｍの４次回折光の回折効率：９２．５％
となる。
また、第１及び第２の周辺領域に形成された回折構造は、第１及び第２の周辺領域を通過して第３の光ディスクＤ３の情報記録面Ｄｒ３上に到達する半導体レーザＬＤ３から射出された光束に対して大きな球面収差が付加されるように決定されており、第１の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ３から射出された光束は、第３の光ディスクＤ３の記録／再生に使用されるスポットの形成に寄与しないフレア成分となる。
同様に、第２の周辺領域に形成された回折構造は、第２の周辺領域を通過して第２の光ディスクＤ２の情報記録面上に到達する半導体レーザＬＤ２から射出された光束に対して大きな球面収差が付加されるように決定されており、第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ２から射出された光束は、第２の光ディスクＤ２の記録／再生に使用されるスポットの形成に寄与しないフレア成分となる。
このように第２の光ディスクＤ２及び第３の光ディスクＤ３に対して記録／再生を行うのに使用される開口数より周辺の領域を通過する光束に対して、故意に大きな球面収差を付加してフレア成分とすると、自動的に開口切替が行われるので、ＮＡ２及びＮＡ３に対応する絞りを別途設ける必要がなく光ピックアップ装置の構造が簡単になり好ましい。すなわち、対物レンズＯＢＪ１の光学面Ｓ１上に形成された回折構造は、基板厚差補正手段としての機能と、開口切替手段としての機能を有している。
また、対物レンズＯＢＪ１では、第１の光ディスクＤ１の記録／再生用のビームとして、共通領域、第１の周辺領域、及び第２の周辺領域のそれぞれの領域で互いに同じ次数の回折光を利用するようにしたが、それぞれの領域で互いに異なる次数の回折光を利用するようにしてもよい。
例えば、共通領域と第１の周辺領域では、半導体レーザＬＤ１から射出された光束に対して２次回折光が最大の回折光量を有するように、その回折構造を決定し、第２の周辺領域では、半導体レーザＬＤ１から射出された光束に対して４次回折光が最大の回折光量を有するように、その回折構造を決定すると、２次回折光を利用する場合に比して、第２の周辺領域における回折構造の隣り合う輪帯の間隔を広げることができ、輪帯の形状誤差による回折効率の低下を防ぐことができる。このとき、第２の周辺領域に形成された回折構造の隣り合う輪帯どうしの光路差は、半導体レーザＬＤ２から射出された光束に対しては、波長の２．５倍であるので、半導体レーザＬＤ２から射出された光束が第２の周辺領域に形成された回折構造に入射する場合、２次回折光と、２次回折光よりも大きな角度で回折する３次回折光とが同程度の回折光量で発生する。従って、第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ２から射出された光束によるフレア成分が、２次回折光によるフレア成分と３次回折光によるフレア成分とに分離されるとともに、それぞれの次数の回折光によるフレア成分強度を小さくすることができるので、光検出器ＰＤ２での信号の検出エラーを抑えることが可能となる。
また、共通領域と第１の周辺領域では、半導体レーザＬＤ１から射出された光束に対して２次回折光が最大の回折光量を有するように、その回折構造を決定し、第２の周辺領域では、半導体レーザＬＤ１から射出された光束に対して３次回折光が最大の回折光量を有するように、その回折構造を決定すると、第２の周辺領域に形成された回折構造の隣り合う輪帯どうしの光路差は、半導体レーザＬＤ３から射出された光束に対しては、波長の１．５倍であるので、半導体レーザＬＤ３から射出された光束が第２の周辺領域に形成された回折構造に入射する場合、１次回折光と、１次回折光よりも大きな角度で回折する２次回折光とが同程度の回折光量で発生する。従って、第２の周辺側域を通過する半導体レーザＬＤ２から射出された光束によるフレア成分が、１次回折光によるフレア成分と２次回折
光によるフレア成分とに分離されるとともに、それぞれの次数の回折光によるフレア成分強度を小さくすることができるので、光検出器ＰＤ２での信号の検出エラーを抑えることが可能となる。
第１の光ディスクＤ１に対して情報／記録の再生を行う場合、半導体レーザＬＤ１から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、コリメートレンズＣＬによって平行光束とされ、偏光ビームスプリッタＢＳ２、偏光ビームスプリッタＢＳ３、および、図示しない絞りを通過した後、対物レンズＯＢＪ１によって第１の光ディスクＤ１の透明基板を介して情報記録面Ｄｒ１上に集光されるスポットとなる。対物レンズ１は、その周辺に配置されたアクチュエータＡＣによってフォーカス制御及びトラッキング制御される。
そして、情報記録面Ｄｒ１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ＯＢＪ１、絞り、偏光ビームスプリッタＢＳ３、偏光ビームスプリッタＢＳ２、を通過した後、コリメートレンズＣＬによって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＢＳ１によって反射され、シリンドリカルレンズＣＹ１及び凹レンズＮ１を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器ＰＤ１に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて第１の光ディスクＤ１に対して情報の記録／再生を行うことができる。
第２の光ディスクＤ２に対して情報の記録／再生を行う場合、半導体レーザＬＤ２から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタＢＳ４を透過した後、偏光ビームスプリッタＢＳ２によって反射され、偏光ビームスプリッタＢＳ３、および、図示しない絞りを通過した後、対物レンズＯＢＪ１によって第２の光ディスクＤ２の透明基板を介して情報記録面Ｄｒ２上に集光されるスポットとなる。
そして、情報記録面Ｄｒ２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ＯＢＪ１、絞り、偏光ビームスプリッタＢＳ３、を通過した後、偏光ビームスプリッタＢＳ２によって反射された後、偏光ビームスプリッタＢＳ４によって反射され、シリンドリカルレンズＣＹ２及び凹レンズＮ２を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器ＰＤ２に収束する。そして、光検出器ＰＤ２の出力信号を用いて第２の光ディスクＤ２に対して情報の記録／再生を行うことができる。
第３の光ディスクＤ３に対して情報の記録／再生を行う場合、半導体レーザＬＤ３から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタＢＳ５を透過した後、偏光ビームスプリッタＢＳ３によって反射され、図示しない絞りを通過した後、対物レンズＯＢＪ１によって第３の光ディスクＤ３の透明基板を介して情報記録面Ｄｒ３上に集光されるスポットとなる。
そして、情報記録面Ｄｒ３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ＯＢＪ１、絞り、を通過した後、偏光ビームスプリッタＢＳ３、および、偏光ビームスプリッタＢＳ５によって反射された後、シリンドリカルレンズＣＹ３及び凹レンズＮ３を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器ＰＤ３に収束する。そして、光検出器ＰＤ３の出力信号を用いて第３の光ディスクＤ３に対して情報の記録／再生を行うことができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ１は、半導体レーザＬＤ１と対物レンズＯＢＪ１との間、半導体レーザＬＤ２と対物レンズＯＢＪ１との間、及び半導体レーザＬＤ３と対物レンズＯＢＪ１との間の、それぞれの光路中に図示しない１／４波長板を備える。
〈第７の実施の形態〉
図９３は、本実施の形態の対物レンズＯＢＪ２を示す概略図であり、図９３（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は側面を一部拡大した図である。この対物レンズＯＢＪ１は、例えば、青紫色半導体レーザのような短波長光源を使用する高密度ＤＶＤ等の高密度光ディスクと、赤色半導体レーザを使用するＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ規格の光ディスクと、赤外半導体レーザを使用するＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ等のＣＤ規格の光ディスクとに対して共通の対物レンズでコンパチブルに記録／再生するための光ピックアップ装置に適用され、光源から発したレーザ光を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有している。
対物レンズＯＢＪ２は、非球面である２つの光学面Ｓ３、Ｓ４を有する光源から発したレーザ光をそれぞれの光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光レンズとしての第１の光学素子Ｌ１と、２つの光学面Ｓ１、Ｓ２を有する基板厚差補正手段としての第２の光学素子Ｌ２とから構成された複合型対物レンズであり、非球面である第２の光学素子Ｌ２の光学面Ｓ１上に図９３（Ａ）に示したように光軸を中心とした輪帯状の回折構造が形成されている。この回折構造は、図９３（Ｃ）に示したように、フレネルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向に段差Δを持つ。輪帯に入射したレーザ光は、その輪帯ピッチと、その輪帯の光軸方向の段差量とによって決定される方向に回折する。
第１の光学素子Ｌ１と第２の光学素子Ｌ２は当接部Ｍによって嵌合されている。当接部Ｍは金型を用いた成型法により光学面と一体成形されることで、その形状を高精度に作製することが可能であり、第１の光学素子Ｌ１と第２の光学素子Ｌ２との間の光軸に垂直な方向の位置決めや光軸方向の位置決めを高精度に行うことができる。
対物レンズＯＢＪ２は、赤色半導体レーザから射出された発散光束をＤＶＤの情報記録面上に集光し、赤外半導体レーザから射出された発散光束をＣＤの情報記録面上に集光する。このように対物レンズに対して発散光束が入射する場合、トッラキングエラーにより発生するコマ収差が問題となる。これは、トラッキングエラーにより半導体レーザの発光点に対して対物レンズが偏芯すると、発光点が対物レンズに対して軸外物点となるからである。従って、発散光束を入射させて使用する対物レンズの設計においては、良好なトラッキング特性を得るために、軸外特性（像高特性）のコマ収差を補正しておく必要がある。しかるに、対物レンズに対して発散光束が入射する場合には、平行光束を入射する場合に比して、軸外特性のコマ収差の発生量は大きくなる傾向がある。そこで、対物レンズＯＢＪ２では、第１の光学素子Ｌ１と第２の光学素子Ｌ２とから構成される複合型対物レンズとすることで、設計自由度（光学面の数）を増やし、ＤＶＤやＣＤの軸外特性のコマ収差を良好に補正したので、ＤＶＤやＣＤの記録／再生時に良好なトラッキング特性を得ることができる。
ところで、高密度光ディスクのように対物レンズの開口数が０．８５程度に設定された場合、光学面（特に、光源側の光学面）の曲率半径が小さくなる。このような曲率半径の小さい光学面に輪帯構造を設けようとすると、輪帯ピッチが非常に小さくなってしまう（数μ程度。）
光学素子を成形するために用いられる金型は、ＳＰＤＴ(Single-Point Diamond Turning)と呼ばれる微小径のダイヤモンドバイトで切削する方法で作製されている。しかし、ＳＰＤＴによる金型加工においては、光学面上にピッチが数μｍ程度の輪帯構造のごとき微細形状を形成する場合、ダイヤモンドバイトの先端形状が金型に転写されることで発生する位相不整合部分によるレーザ光の利用効率低下が問題となる。また、フォトリソグラフィとエッチングとを繰り返し適用するバイナリオプティクス作成技術や電子ビーム描画技術は、高精度に微細形状を形成するのに適した光学素子の作製法であるが、高密度光ディスク用の対物レンズのように、曲率半径が小さい光学面上に微細形状を有する光学素子を作製した例や、光学素子を射出成形するために用いる金型を作製した例は報告されていない。
さらに、将来、ＳＰＤＴによる金型加工において、位相不整合部分によるレーザビームの利用効率低下が問題とならない程度に、先端形状の小さいダイヤモンドバイトを使用することで、高精度に微細形状の作成が技術的に可能となったり、バイナリオプティクス作成技術や電子ビーム描画技術により、曲率半径が小さい光学面上に微細形状を有する光学素子の作製や、光学素子を射出成形するために用いる金型の作製が技術的に可能となった場合でも、曲率半径が小さい光学面上にピッチが数μ程度の輪帯構造を設けると、輪帯構造の段差部分による影の影響が大きくなるためにレーザ光の利用効率が低下するという課題が残る。
そこで、対物レンズＯＢＪ２では、第１の光学素子Ｌ１の近軸パワーＰ１（ｍｍ-1）と、第２の光学素子Ｌ２の近軸パワーＰ２（ｍｍ-1）とを、
｜Ｐ１／Ｐ２｜≦０．２
を満足するように設定している。光学面Ｓ１上に回折構造が形成された第２の光学素子Ｌ２の曲率半径を大きく設定することで、輪帯構造の段差部分での影の影響によるレーザ光の利用効率低下を小さくするとともに、第１の光学素子Ｌ１の第２の光学素子Ｌ２側の光学面Ｓ３の曲率半径を小さく設定することで、対物レンズＯＢＪ２の高開口数化を図った。
さらに、第２の光学素子Ｌ２の近軸パワーに対する第１の光学素子Ｌ１の近軸パワーの比を大きく設定することで、光束の集光作用をもっぱら第１の光学素子Ｌ１に持たせたので、対物レンズＯＢＪ２の光ディスク側の光学面Ｓ４をマージナル光線が通過する高さが大きく、対物レンズＯＢＪ１のように、対物レンズを単レンズ構成とする場合と同程度の作動距離を確保している。
さらに、第２の光学素子Ｌ２の近軸パワーＰ２は、第２の光学素子Ｌ２を透過して第１の光学素子Ｌ１に入射する光束のマージナル光線が収斂光線となるように決定されている。これにより、光学面３Ｓの有効径が小さくなるので第１の光学素子Ｌ１の外径を小さくすることができ、それに伴い第２の光学素子Ｌ２の外径も小さくできるので、対物レンズＯＢＪ２の小型化に有利である。
光学面Ｓ１上に形成された回折構造は、対物レンズＯＢＪ１の光学面Ｓ１上に形成された回折構造と同様の考え方により決定されているので、ここでは、その詳細な説明は省略する。
図９４は、この対物レンズＯＢＪ２を使用した光ピックアップ装置ＰＵ２を示す概略図である。光ピックアップ装置ＰＵ２は、対物レンズが複合型対物レンズである対物レンズＯＢＪ２となっている以外は、光ピックアップ装置ＰＵ１と同様であるので、ここでは、光ピックアップ装置ＰＵ２に関する詳細な説明は省略する。
なお、本発明の実施の形態例に用いることのできる対物レンズとしては、１枚のレンズから構成される対物レンズのほかに、２枚以上の複数のレンズから構成される対物レンズも含まれる。
次に、本発明を実施例１乃至実施例１４により更に具体的に説明する。各実施例のレンズにおける非球面は光軸方向をＸ軸、光軸に垂直な方向の高さをｈ、屈折面の曲率半径をｒとするとき次式の数２で表す。但し、κを円すい係数、Ａ2iを非球面係数とする。
Figure 0004577664
また、各実施例における回折面は光路差関数Φｂとして次式の数３により表すことができる。ここで、ｈは光軸に垂直な高さであり、ｂ2iは光路差関数の係数であり、ｎは回折面で発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の次数である。
Figure 0004577664
なお、以下の表または図では、１０のべき乗の表現にＥ（またはｅ）を用いて、例えば、Ｅ−０２（＝１０-2）のように表す場合がある。
〈実施例１〉
実施例１は、上述の図９，図１１，図１２，図１４，図１５の各光ピックアップ装置に適用することのできる対物レンズであって、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して情報の記録／再生が可能である。実施例１の対物レンズ特性を得るに当たって、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）用の第１の光源の波長λ1を405nm、第２の光ディスク（DVD）用の第２の光源の波長λ2を650nm、第３の光ディスク用（CD）の第３の光源の波長λ3を780nmとし、第１の光ディスクの保護基板厚さｔ1は0.1mm、第２の光ディスクの保護基板厚さｔ2は0.6mm、第３の光ディスクの保護基板厚さｔ3は1.2mmとした。また、第１乃至第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数NA1、NA2、NA3として、それぞれ0.85、0.65、0.50を想定している。
図２０乃至図２２に、実施例１の対物レンズのλ1＝405nm、λ2＝650nm、λ3＝780nmにおける光路図を示す。実施例１の対物レンズは、光源側の非球面上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有しているが、本明細書中の光路図においては、回折構造は省略されている。実施例１の対物レンズの回折構造及び非球面形状は、波長λ1乃至λ3の光束の１次回折光がそれぞれ第１乃至第３の光ディスクの情報記録面上に良好な波面を形成するように決定される。また、実施例１の対物レンズは、λ1＝405nmでは無限仕様とし、λ2＝650nm、及びλ3＝780nmでは有限仕様とした。このように、λ2＝650nm、及びλ3＝780nmで有限仕様とし、第１の光ディスクに比して保護基板厚さの大きい第２、第３の光ディスクに対して発散光束を入射するようにすると、作動距離（対物レンズ最終面と、光ディスクの光束入射面との間隔）を十分に確保できるとともに、回折構造が補正しなくてはならない、異なる種類の光ディスクの保護基板厚さの違いに起因して発生する球面収差量を軽減することができるので、隣り合う輪帯の間隔を広げることができ、輪帯形状の製造誤差による回折効率の低下を緩和することができる。
図２３に実施例１の対物レンズのλ1＝405nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。また、図２４にλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図２５にλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。図２３乃至図２５の球面収差図より明らかなように、回折構造の作用と結像倍率の違いとを利用することで、３種類の光ディスクの保護基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。なお、実施例１の対物レンズの波面収差は、
λ1＝405nm、NA1 0.85、ｔ1＝0.1mmのとき、0.007λ1 rms
λ2＝650nm、NA2 0.65、ｔ2＝0.6mmのとき、0.003λ2 rms
λ3＝780nm、NA3 0.50、ｔ3＝1.2mmのとき、0.002λ3 rms
である。
また、図２６にλ2＝650nmに対する別の球面収差図を示す。図２６は、λ1＝405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2＝650nmの光を入射させた場合の、実施例１の対物レンズの球面収差図である。図２６の球面収差図から理解されるように、実施例１の対物レンズは、λ2＝650nm、ｔ2＝0.6mmの組み合わせに対して、NA2 0.65までの光束をほぼ無収差で第２の光ディスクの情報記録面上に集光させ、NA2 0.65より外側を通過する光束は、大きな球面収差（以下、「フレア」と呼ぶ）を発生させることで、第２の光ディスクの情報記録面９２上に集光しないようにしている。
また、図２７にλ3＝780nmに対する別の球面収差図を示す。図２７は、λ1＝405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ3＝780nmの光を入射させた場合の、実施例１の対物レンズの球面収差図である。図２７の球面収差図から理解されるように、実施例１の対物レンズは、λ3＝780nm、ｔ3＝1.2mmの組み合わせに対して、NA3 0.50までの光束をほぼ無収差で第３の光ディスクの情報記録面９３上に集光させ、NA3 0.50より外側を通過する光束は、フレアを発生させることで、第３の光ディスクの情報記録面９３上に集光しないようにしている。
このように、第２及び第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行う際に、必要開口数より外側の領域を通過する光束をフレアとすると、光ディスクの情報記録面上のスポットが必要以上に小さくならないので、光ディスクの保護基板がが光軸に対して傾いた（以下、「ディスクスキュー」と呼ぶ）場合に発生するコマ収差を小さくすることができ、ディスクスキューに対するマージンを確保できる。さらに、記録密度の異なる光ディスクに対応した開口切替手段を設ける必要がないので、構造が簡単になり好ましい。
なお、実施例１の対物レンズでは、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）として、保護基板厚さｔ1を0.1mm、光源の波長を405nm、像側開口数を0.85と仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
また、第２の光ディスク（DVD）に対する像側開口数を0.65、第３の光ディスク（CD）に対する像側開口数を0.50として光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
また、本明細書において、「球面収差を（良好に）補正する」、「波面収差を（良好に）補正する」とは、光源から射出された光束が、光ディスクの情報記録面上に、その光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な対物レンズの所定の像側開口数内で、波面収差が回折限界内（λを光源の波長としたとき、０．０７λｒｍｓ以下、より好ましくは０．０５λｒｍｓ以下、）の状態で集光するように収差を補正することを指す。
表１に実施例１の対物レンズのレンズデータを示す。表中、f1、f2、f3はそれぞれ、波長λ1、λ2、λ3における対物レンズの焦点距離、ｍ1、ｍ2、ｍ3はそれぞれ、波長λ1、λ2、λ3における対物レンズの結像倍率、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Nλ1、Nλ2、Nλ3はそれぞれ、波長λ1、λ2、λ3における屈折率、νdはd線におけるアッベ数を表すが、以降の実施例２乃至１４のレンズデータにおいても同様である。
Figure 0004577664
また、実施例１の対物レンズの光源側の非球面上に形成された回折構造は、波長λ１、回折次数１で最適化されているが、波長λ１以外の波長や、１以外の回折次数で、この回折構造を最適化してもよい。いずれの場合でも、若干の設計変更で本発明の光ピックアップ装置に適用可能な対物レンズとすることができる。
〈実施例２〉
実施例２は、上述の図１２の光ピックアップ装置に適用することのできる集光光学系であって、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して、情報の記録／再生が可能である。第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）として、保護基板厚さｔ1を0.1mm、光源の波長λ1を405nm、像側開口数NA1を0.85とし、第２の光ディスク（DVD）として、保護基板厚さｔ2を0.6mm、光源の波長λ2を650nm、像側開口数NA2を0.65とし、第３の光ディスク（CD）として、保護基板厚さｔ3を1.2mm、光源の波長λ3を780nm、像側開口数NA3を0.50とした。
図２８に実施例２の集光光学系のλ1＝405nmにおける光路図を示す。実施例２の集光光学系のコリメータ（図１２のコリメータ２９に対応する。）は、光ディスク側の非球面上に形成した同心円状の複数の輪帯からなる回折構造の作用により、第１の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合に、コリメータのバックフォーカスが短くなるような波長特性を有する。第１の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合の、コリメータのバックフォーカスの変化量の符号を、同じ量の波長変化に対する対物レンズのバックフォーカスの変化量の符号と逆符合とし、さらに、コリメータの焦点距離の二乗で規格化したバックフォーカスの変化量の絶対値を、同じ量の波長変化に対する対物レンズの焦点距離の二乗で規格化したバックフォーカスの変化量の絶対値とほぼ同じとしたので、第１の光源から射出される光の波長が変化した場合の対物レンズの焦点位置の変化を補償することができる。
図２９に実施例２の集光光学系の対物レンズのλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。また、図３０に実施例２の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系のλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。図２９の球面収差図に示すように、実施例２の対物レンズは基準波長405nmから＋10nm波長が変化すると、近軸焦点位置が0.005mm変化するが、上述したような波長特性を有するコリメータと組み合わせることで、図３０の球面収差図にあるように、基準波長405nmから＋10nm波長が変化した場合の近軸焦点位置の変化量を0.002mmと小さくすることができる。
なお、青紫色半導体レーザのモードホッピングによる波長変化量を＋1nmと仮定すると、実施例２の対物レンズのみの系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.160λrmsと回折限界を超えてしまうが、実施例２の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.001λrms以下であり、波長変化による対物レンズの最良像面位置の変化が良好に補償されていることがわかる。
さらに、実施例２の集光光学系は、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段としての屈折率分布可変素子（図１２の屈折率分布可変素子２３に対応する。）を有する。
このような屈折率分布可変素子としては、屈折率分布可変材料層を有し、電場または磁場または温度を印加することにより屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることのできる素子があげられる。具体的には、屈折率分布可変材料層は液晶層であって、液晶層は互いに対向する透明電極との間に配置され、かかる透明電極に電圧を印加することで液晶層の液晶分子の配向状態を電気的に制御することで液晶層内の屈折率分布を変化させることができる素子や、屈折率分布可変材料層は電気光学材料層であって、電気光学材料層は互いに対向する透明電極との間に配置され、透明電極に電圧を印加することで電気光学材料層の屈折率を電気的に制御することで電気光学材料層内の屈折率分布を変化させることができる素子等がある。
実施例２では、このような屈折率分布可変材料層の光軸に垂直な方向に沿った屈折率分布Ｎ（λ，ｈ）を、ｈを光軸からの高さ（ｍｍ）、Ｎ0（λ）を屈折率分布可変材料層の光軸上の波長λにおける屈折率、Ａ2iを屈折率分布関数係数として、
Ｎ（λ，ｈ）＝Ｎ0（λ）＋ΣＡ2i・ｈ2i （Ｂ）
で表現される屈折率分布関数で表す。
表２に、光源の製造誤差による基準波長（405nm）に対する±10nmの波長誤差、基準温度（25℃）に対する±30℃の温度変化によるプラスチックレンズの屈折率変化、第１の光ディスクの基準保護基板厚さ（0.1mm）に対する±0.02mmの製造誤差、により集光光学系で発生する球面収差の変化を、屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることで補正した結果を示す。プラスチックレンズはガラスレンズに比べて温度変化による屈折率変化が大きいので、温度変化時は、プラスチックレンズの屈折率変化のみを考慮し、その変化量は、-10×10-5／℃である。
Figure 0004577664
なお、実施例２の集光光学系において、プラスチックレンズはコリメータである。また、温度変化時の光源の波長変化量を＋0.05nm／℃とした。表２から、いずれの場合も、良好に波面収差が補正されており、0.85という高い開口数を必要とする第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合でも常に集光状態の良好なスポットを得ることができる。
また、表２において、補正前の波面収差は、波長誤差、あるいは温度変化による波長変化及び屈折率変化、あるいは保護基板厚さの誤差を与えた場合に、屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させる前、すなわち屈折率分布可変材料層の屈折率が一様にＮ0（λ）であるときの集光光学系全系の波面収差を意味し、補正後の波面収差は、波長誤差、あるいは温度変化による波長変化及び屈折率変化、あるいは保護基板厚さの誤差を与えた場合に、屈折率分布可変材料層に、2次の屈折率分布関数係数Ａ2とＮ0（λ）を用いて上記（Ｂ）式で表現される屈折率分布を与えたときの集光光学系全系の波面収差を意味する。
図３１及び図３２に実施例２の集光光学系の対物レンズのλ2＝650nm、λ3＝780nmにおける光路図を示す。また、図３３にλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図３４にλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。実施例２の集光光学系の対物レンズは、光源側の非球面上に同心円状の輪帯回折構造を有しており、この回折構造の作用と結像倍率の違いとを利用することで、３種類の光ディスクの保護基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。実施例２の集光光学系の対物レンズは実施例１の対物レンズと同じ対物レンズであるので、詳細な説明は割愛する。
また、実施例２の集光光学系では、第１の光ディスクに対して情報の記録／再生を行う場合にのみ、屈折率分布可変材料層の光軸に垂直な方向に沿った屈折率分布を変化させて球面収差の変化を補正したが、第２の光ディスクあるいは第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行う場合においても、屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させて球面収差の変化を補正してもよい。
また、実施例２の光路図では、実際の光ピックアップ装置において、光源と対物レンズとの間の光路中に配置される偏光ビームスプリッタは省略している。実施例２の集光光学系において、光源と対物レンズとの間の非平行光束中に偏光ビームスプリッタが配置されると球面収差が発生するが、光源の位置を光軸方向に所定量移動することで、発生した球面収差を補正することができる。以降の実施例においても同様に、光源と対物レンズとの間の光路中に配置される偏光ビームスプリッタは省略する。
表３に実施例２の集光光学系の、λ1＝405nmに対するレンズデータを示す。実施例２の集光光学系のコリメータの光ディスク側の非球面上に形成した回折構造は、波長λ１、回折次数１で最適化されている。
Figure 0004577664
また、かかる回折構造を２次以上の回折次数で最適化すると、金型の加工時間の短縮やコリメータの透過光量の向上という点で有利となる。例えば、回折次数２で最適化すると回折輪帯数が１／２、隣り合う回折輪帯の間隔が２倍となる。この場合は、表３のレンズデータにおける第２面の回折面係数を１／２倍した値を用いて、前述の数３で表される光路差関数の値（ただしｎ＝２）が最適化波長（この場合はλ１）の２倍かわる毎に回折輪帯を形成する。
表４に実施例２の集光光学系の、λ2＝650nm及びλ3＝780nmに対するレンズデータを示す。
Figure 0004577664
〈実施例３〉
実施例３は、図１３の光ピックアップ装置に適用することのできる集光光学系であって、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して、情報の記録／再生が可能である。第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）として、保護基板厚さｔ1を0.1mm、光源の波長λ1を405nm、像側開口数NA1を0.85とし、第２の光ディスク（DVD）として、保護基板厚さｔ2を0.6mm、光源の波長λ2を650nm、像側開口数NA2を0.65とし、第３の光ディスク（CD）として、保護基板厚さｔ3を1.2mm、光源の波長λ3を780nm、像側開口数NA3を0.50とした。
図３５に実施例３の集光光学系のλ1＝405nmにおける光路図を示す。また、図３６に実施例３の集光光学系のλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。実施例３のコリメータは、実施例２の集光光学系のコリメータと同様に、光ディスク側の非球面上に形成した同心円状の複数の輪帯からなる回折構造の作用により、第１の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合に、コリメータのバックフォーカスが短くなるような波長特性を有し、第１の光源から射出される光の波長が変化した場合の対物レンズの焦点位置の変化を補償している。実施例３の対物レンズのみの系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分が、0.201λrmsであるのに対し、実施例３の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.003λrmsであり、波長変化による対物レンズの最良像面位置の変化が良好に補償されていることがわかる。
さらに、実施例３の集光光学系は、実施例２の集光光学系と同様に、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚差補正手段としての屈折率分布可変素子を有する。
表５に、光源の製造誤差による基準波長（405nm）に対する±10nmの波長の変化、基準温度（25℃）に対する±30℃の温度変化によるプラスチックレンズの屈折率変化、第１の光ディスクの基準保護基板厚さ（0.1mm）に対する±0.02mmの製造誤差、により集光光学系で発生する球面収差の変化を、屈折率分布可変素子の屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることで補正した結果を示す。
Figure 0004577664
実施例２と同様に、温度変化時は、プラスチックレンズの屈折率変化のみを考慮し、その変化量は、-10×10-5／℃である。なお、実施例３の集光光学系において、プラスチックレンズはコリメータと対物レンズである。また、温度変化時の光源の波長変化量を＋0.05nm／℃とした。なお、屈折率分布可変材料層の光軸に垂直な方向に沿った屈折率分布は、実施例２と同様に（Ｂ）式で表される。表５から、いずれの場合も、良好に波面収差が補正されており、0.85という高い開口数を必要とする第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合でも常に集光状態の良好なスポットを得ることができる。
図３７に実施例３の集光光学系のλ2＝650nmにおける光路図を示す。また、図３８に実施例３の集光光学系のλ3＝780nmにおける光路図を示す。また、また、図３９にλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図４０にλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。実施例３の集光光学系の対物レンズは、第１の光ディスク専用の対物レンズであって、λ1＝405nm、NA1 0.85、ｔ1＝0.1mm、結像倍率ｍ1＝0の組み合わせで無収差となるように収差補正された屈折レンズである。
したがって、実施例３の集光光学系の対物レンズで、第１の光ディスクに比して保護基板厚さの大きい第２の光ディスク及び第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行おうとすると、補正過剰方向に球面収差が変化する。そこで、屈折率分布可変素子により補正過剰方向に変化した球面収差を補正することで、第１の光ディスク専用の対物レンズを用いて、第２の光ディスク及び第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行えるようにした。
さらに、第２の光ディスク及び第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行う際に、対物レンズに対し発散光束を入射させることで、十分な作動距離を確保した。表６に、保護基板厚さの違いにより変化した球面収差を補正した結果を示す。屈折率分布可変材料層の光軸に垂直な方向に沿った屈折率分布は、実施例2と同様に（Ｂ）式で表される。また、5次以上の高次球面収差を良好に補正するために、2次の屈折率分布係数に加えて4次の屈折率分布係数を使用した。
Figure 0004577664
表６から、保護基板厚さの違いにより変化した球面収差は良好に補正され、第１の光ディスク専用の対物レンズを用いて、第２の光ディスク及び第３の光ディスクに対する情報の記録／再生が可能であることがわかる。
また、対物レンズの光学面上には、開口切替手段として波長選択性のあるフィルタが形成されている。すなわち、図１８に示すように、ＮＡ３内に対応する共通領域にはフィルタＣが形成されており、ＮＡ３からＮＡ２に対応する第１の周辺領域にはフィルタＢが形成されており、ＮＡ２からＮＡ１に対応する第２の周辺領域にはフィルタＡが形成されている。かかる波長選択性のある輪帯フィルタにより、第２の光ディスク及び第３の光ディスクに対する情報の記録／再生を行う場合は、必要開口数以上の光束を遮断することにより、開口切り替えを自動的に行うことができる。
表７に実施例３の集光光学系のλ１＝４０５ｎｍに対応するレンズデータを示す。実施例３の集光光学系のコリメータの光ディスク側の非球面上に形成した回折構造は、波長λ１、回折次数１で最適化されている。
Figure 0004577664
表８に実施例３の集光光学系の、λ2＝650nm及びλ3＝780nmに対するレンズデータを示す。
Figure 0004577664
〈実施例４〉
実施例４は、図１４の光ピックアップ装置に適用することのできる集光光学系であって、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して、情報の記録／再生が可能である。第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）として、保護基板厚さｔ1を0.1mm、光源の波長λ1を405nm、像側開口数NA1を0.85とし、第２の光ディスク（DVD）として、保護基板厚さｔ2を0.6mm、光源の波長λ2を650nm、像側開口数NA2を0.65とし、第３の光ディスク（CD）として、保護基板厚さｔ3を1.2mm、光源の波長λ3を780nm、像側開口数NA3を0.50とした。
図４１に実施例４の集光光学系のλ1＝405nmにおける光路図を示す。また、図４２に実施例４の集光光学系のλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。実施例４の集光光学系では、ビームエキスパンダを構成する正レンズの両面上に形成した同心円状の複数の輪帯からなる回折構造の作用により、第１の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合に、ビームエキスパンダのパワーが大きくなるような波長特性をビームエキスパンダに持たせることで、第１の光源から射出される光の波長が変化した場合の対物レンズの焦点位置の変化を補償している。実施例４の対物レンズのみの系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分が、0.160λrmsであるのに対し、実施例４の集光光学系のビームエキスパンダと対物レンズとの合成系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.007λrmsであり、波長変化による対物レンズの最良像面位置の変化が良好に補償されていることがわかる。
さらに、実施例４の集光光学系が具備するビームエキスパンダは、負レンズ（図１４の負レンズ３２に対応する。）が光軸方向に変位可能となっており、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、光源の製造誤差による波長の変化、温度変化や湿度変化による対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化、による球面収差の変化を補正するための基板厚誤差補正手段としての機能も備えている。負レンズを変移させるためのアクチュエータとしては、ボイスコイル型のアクチュエータやピエゾアクチュエータを用いることができる。また、実施例４では、ビームエキスパンダの負レンズを変移可能としたが、変移可能とするのは、正レンズでもよく、また、負レンズと正レンズの両方でもよい。
表９に、光源の製造誤差による基準波長（405nm）に対する±10nmの波長の変化、基準温度（25℃）に対する±30℃の温度変化によるプラスチックレンズの屈折率変化、第１の光ディスクの基準保護基板厚さ（0.1mm）に対する±0.02mmの製造誤差、により集光光学系で発生する球面収差の変化を、ビームエキスパンダの負レンズを光軸方向に沿って変移させることで補正した結果を示す。
Figure 0004577664
温度変化時は、プラスチックレンズ、及びコリメータの光ディスク側の面上に形成された樹脂層の屈折率変化のみを考慮し、その変化量は、-10×10-5／℃である。なお、実施例４の集光光学系において、プラスチックレンズはビームエキスパンダの負レンズと正レンズである。また、温度変化時の光源の波長変化量を＋0.05nm／℃とした。表９から、いずれの場合も、良好に波面収差が補正されており、0.85という高い開口数を必要とする第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合でも常に集光状態の良好なスポットを得ることができる。
なお、表９において、d5、d7は、それぞれ後述する表１０における可変間隔d5、d7に相当する。d5及びd7の初期値は、それぞれ3.000mm、2.000mmである。
図４３及び図４４に実施例４の集光光学系の対物レンズのλ2＝650nm、λ3＝780nmにおける光路図を示す。また、図４５にλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図４６にλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。実施例４の集光光学系の対物レンズは、光源側の非球面上に同心円状の輪帯回折構造を有しており、この回折構造の作用と結像倍率の違いとを利用することで、３種類の光ディスクの保護基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。実施例４の集光光学系の対物レンズは実施例１の対物レンズと同じ対物レンズであるので、詳細な説明は割愛する。
表１０に実施例４の集光光学系のλ１＝４０５ｎｍに対するレンズデータを示す。実施例４の集光光学系のビームエキスパンダの両面上に形成した回折構造は、波長λ１、回折次数１で最適化されている。
Figure 0004577664
表１１に実施例４の集光光学系の、λ2＝650nm及びλ3＝780nmに対するレンズデータを示す。
Figure 0004577664
〈実施例５〉
実施例５は、図１５の光ピックアップ装置に適用することのできる集光光学系であって、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して、情報の記録／再生が可能である。第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）として、保護基板厚さｔ1を0.1mm、光源の波長λ1を405nm、像側開口数NA1を0.85とし、第２の光ディスク（DVD）として、保護基板厚さｔ2を0.6mm、光源の波長λ2を650nm、像側開口数NA2を0.65とし、第３の光ディスク（CD）として、保護基板厚さｔ3を1.2mm、光源の波長λ3を780nm、像側開口数NA3を0.50とした。
図４７乃至図４９に実施例５の集光光学系のλ1＝405nm、λ2＝650nm、λ3＝780nmにおける光路図をそれぞれ示す。また、図５０に実施例５の集光光学系のλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。また、図５１にλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図５２にλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。また、図５３にλ1＝405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2＝650nmの光を入射させた場合の球面収差図を示す。
実施例５の集光光学系の対物レンズは光源側の非球面上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有しており、この回折構造の作用と結像倍率の違いとを利用することで、第１の光ディスクと第２の光ディスクの保護基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。また、実施例５の対物レンズの回折構造及び非球面形状は波長λ１乃至λ３の光束の１次回折光がそれぞれ第１乃至第３の光ディスクの情報記録面上に良好な波面を形成するように決定されている。
また、図５３の球面収差図からわかるように、第２の光ディスクに対して情報の記録／再生を行う際に、必要開口数より外側の領域を通過する光束をフレアとしているので、第２の光ディスクに対して情報の記録／再生を行う際の開口切替手段は不要である。
また、実施例５の集光光学系では、λ3＝780nmの発散光束を対物レンズに入射させ、像側開口数0.50以下における球面収差を補正することで、第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行う。
さらに、実施例５の集光光学系対物レンズの光学面上には、第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行う際の開口切替手段である波長選択性のあるフィルタが形成されている。第３の光ディスクに対する情報の記録／再生を行う場合は、必要開口数以上の光束を、波長選択性のある輪帯フィルタによって遮断する。これにより、開口切り替えを自動的に行うことができる。具体的には、波長選択性のある輪帯フィルタとして、図１９に示すようにＮＡ３内に対応する共通領域にはフィルタＥが形成されており、ＮＡ３からＮＡ２に対応する第１の周辺領域とＮＡ２からＮＡ１に対応する第２の周辺領域にはフィルタＤが形成されている。
なお、実施例５の集光光学系の対物レンズの波面収差は、
λ1＝405nm、NA1 0.85、ｔ1＝0.1mmのとき、0.007λ1 rms
λ2＝650nm、NA2 0.65、ｔ2＝0.6mmのとき、0.002λ2 rms
λ3＝780nm、NA3 0.50、ｔ3＝1.2mmのとき、0.005λ3 rms
である。
実施例５の集光光学系のコリメータは、実施例２の集光光学系のコリメータと同様に光ディスク側の非球面上に形成した同心円状の複数の輪帯からなる回折構造の作用により、第１の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合に、コリメータのバックフォーカスが短くなるような波長特性を有し、第１の光源から射出される光の波長が変化した場合の対物レンズの焦点位置の変化を補償している。実施例５の対物レンズのみの系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分が、0.163λrmsであるのに対し、実施例５の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.001λrmsであり、波長変化による対物レンズの最良像面位置の変化が良好に補償されていることがわかる。
さらに、実施例５の集光光学系が具備するコリメータは光軸方向に変位可能となっており、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正するための基板厚誤差補正手段としての機能も備えている。コリメータを変移させるためのアクチュエータとしては、ボイスコイル型のアクチュエータやピエゾアクチュエータを用いることができる。
表１２に、光源の製造誤差による基準波長（405nm）に対する±10nmの波長の変化、基準温度（25℃）に対する±30℃の温度変化によるプラスチックレンズの屈折率変化、第１の光ディスクの基準保護基板厚さ（0.1mm）に対する±0.02mmの製造誤差、により集光光学系で発生する球面収差の変化を、コリメータを光軸方向に沿って変移させることで補正した結果を示す。
Figure 0004577664
温度変化時は、プラスチックレンズの屈折率変化のみを考慮し、その変化量は、-10×10-5／℃である。なお、実施例５の集光光学系において、プラスチックレンズはコリメータである。また、温度変化時の光源の波長変化量を＋0.05nm／℃とした。表１２から、いずれの場合も、良好に波面収差が補正されており、0.85という高い開口数を必要とする第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合でも常に集光状態の良好なスポットを得ることができる。
なお、表１２において、d0、d2は、それぞれ後述する表１３における可変間隔d0、d2に相当する。d0及びd2の初期値は、それぞれ9.847mm、15.000mmである。
表１３に実施例５の対物レンズのλ１＝４０５ｎｍに対するレンズデータを示す。実施例５の集光光学系のコリメータの光ディスク側の非球面上に形成した回折構造は、波長λ１、回折次数１で最適化されている。
Figure 0004577664
表１４に実施例５の集光光学系の、λ2＝650nm及びλ3＝780nmに対するレンズデータを示す。
Figure 0004577664
実施例５の対物レンズの光源側の非球面上に形成した回折構造は、波長λ１、回折次数１で最適化されているが、波長λ１以外の波長や１以外の回折次数でこの回折構造を最適化してもよい。いずれの場合でも、若干の設計変更で本発明の光ピックアップ装置に適用可能な集光光学系を構成することができる。
〈実施例６〉
実施例６は、図１６の光ピックアップ装置に適用することのできる集光光学系であって、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して、情報の記録／再生が可能である。第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）として、保護基板厚さｔ1を0.1mm、光源の波長λ1を405nm、像側開口数NA1を0.85とし、第２の光ディスク（DVD）として、保護基板厚さｔ2を0.6mm、光源の波長λ2を650nm、像側開口数NA2を0.65とし、第３の光ディスク（CD）として、保護基板厚さｔ3を1.2mm、光源の波長λ3を780nm、像側開口数NA3を0.50とした。
図５４に実施例６の集光光学系のλ1＝405nmにおける光路図を示す。また、図５５に実施例６の集光光学系の対物レンズのλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。
実施例６のコリメータは、実施例２の集光光学系のコリメータと同様に、光ディスク側の非球面上に形成した同心円状の複数の輪帯からなる回折構造の作用により、第１の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合に、コリメータのバックフォーカスが短くなるような波長特性を有し、第１の光源から射出される光の波長が変化した場合の対物レンズの焦点位置の変化を補償している。
実施例６の対物レンズのみの系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分が、0.201λrmsであるのに対し、実施例６の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.003λrmsであり、波長変化による対物レンズの最良像面位置の変化が良好に補償されていることがわかる。
さらに、実施例６の集光光学系が具備するコリメータは光軸方向に変位可能となっており、第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正するための基板厚誤差補正手段としての機能も備える。コリメータを変移させるためのアクチュエータとしては、ボイスコイル型のアクチュエータやピエゾアクチュエータを用いることができる。
表１５に、光源の製造誤差による基準波長（405nm）に対する±10nmの波長の変化、基準温度（25℃）に対する±30℃の温度変化によるプラスチックレンズの屈折率変化、第１の光ディスクの基準保護基板厚さ（0.1mm）に対する±0.02mmの製造誤差、により集光光学系で発生する球面収差の変化を、コリメータを光軸方向に沿って変移させることで補正した結果を示す。
Figure 0004577664
温度変化時は、プラスチックレンズの屈折率変化のみを考慮し、その変化量は、-10×10-5／℃である。なお、実施例６の集光光学系において、プラスチックレンズはコリメータ及び対物レンズである。また、温度変化時の光源の波長変化量を＋0.05nm／℃とした。
表１５から、いずれの場合も、良好に波面収差が補正されていることが分かり、0.85という高い開口数を必要とする第１の光ディスクに対して情報を記録／再生する場合でも常に集光状態の良好なスポットを得ることができる。
なお、表１５において、d0、d2は、それぞれ後述する表１６における可変間隔d0、d2に相当する。d0及びd2の初期値は、それぞれ16.185mm、13.000mmである。
図５６に実施例６の集光光学系のλ2＝650nmにおける光路図を示す。また、図５７に実施例６の集光光学系のλ3＝780nmにおける光路図を示す。また、図５８にλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図５９にλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。
実施例６の集光光学系の対物レンズは、第１の光ディスク専用の対物レンズであって、λ1＝405nm、NA1 0.85、ｔ1＝0.1mm、結像倍率m＝0の組み合わせで無収差となるように収差補正された屈折レンズである。したがって、実施例６の集光光学系の対物レンズで、第１の光ディスクに比して保護基板厚さの大きい第２の光ディスク及び第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行おうとすると、補正過剰方向に球面収差が変化する。そこで、カップリングレンズの光ディスク側の非球面上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を形成し、回折構造の作用によって、補正過剰方向に変化した球面収差を第２の光ディスク及び第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正することで、第１の光ディスク専用の対物レンズを用いて、第２の光ディスク及び第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行えるようにした。
また、対物レンズの光学面上には、開口切替手段である波長選択性のあるフィルタが形成されている。第２、及び第３の光ディスクに対する情報の記録／再生を行う場合は、必要開口数以上の光束を、波長選択性のある輪帯フィルタによって遮断する。これにより、開口切り替えを自動的に行うことができる。波長選択性のある輪帯フィルタとしては実施例３と同様の輪帯フィルタを用いることができる。
表１６に実施例６の集光光学系のλ１＝４０５ｎｍに対するレンズデータを示す。実施例６の集光光学系のコリメータの光ディスク側の非球面上に形成された回折構造は、波長λ１、回折次数１で最適化されている。
Figure 0004577664
表１７に実施例６の集光光学系の、λ2＝650nm及びλ3＝780nmに対するレンズデータを示す。
Figure 0004577664
また、本実施例の集光光学系において、カップリングレンズの光ディスク側の面（表１７で第２面）の非球面上に、表１８で示すような、輪帯状の回折構造が形成されている。
表１８において、「始点高さ」は、その輪帯の始点の光軸からの距離、「終点高さ」は、その輪帯の終点の光軸からの距離を表し、有効径内での輪帯数は３６本である。
Figure 0004577664
表１８の回折輪帯構造は、波長７３０ｎｍ、回折次数１で回折効率が理論的に１００％となるように最適化されている。この回折構造に、第２の光ディスクの使用波長である波長６５０ｎｍの光が入射した場合と、第３の光ディスクの使用波長である波長７８０ｎｍの光が入射した場合に、１次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
波長７３０ｎｍ、回折次数１で回折構造を最適化することにより、
ＤＶＤ（波長６５０ｎｍ） ： ９５．１％
ＣＤ（波長７８０ｎｍ） ： ９６．７％
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率を得ることができる。
〈実施例７〉
本実施例の対物レンズは、上述した第６の実施の形態における対物レンズＯＢＪ１として好適なプラスチック単レンズである。本実施例の対物レンズ特性を得るに当たって、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）用の第１光源の波長λ１を４０５ｎｍ、第２の光ディスク（ＤＶＤ）用の第２光源の波長をλ２を６５０ｎｍ、第３光ディスク用（ＣＤ）の第３光源の波長λ３を７８０ｎｍとし、第１の光ディスクの透明基板厚さｔ１は０．１ｍｍ、第２の光ディスクの透明基板厚さt２は０．６ｍｍ、第３の光ディスクの透明基板厚さｔ３は１．２ｍｍとした。また、第１乃至第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数ＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３として、それぞれ０．８５、０．６５、０．５０を想定している。
図６５乃至図６７に、本実施例の対物レンズのλ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６５０ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍにおける光路図を示す。また、図６８に本実施例の対物レンズのλ１＝４０５ｎｍに対する開口数０．８５までの球面収差図を示す。また、図６９にλ１＝４０５ｎｍとＮＡ１ ０．８５との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ２＝６５０ｎｍの光を入射させた場合の球面収差図を示す。さらに、図７０にλ１＝４０５ｎｍとＮＡ２ ０．８５との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ３＝７８０ｎｍの光を入射させた場合の球面収差図を示す。
本実施例の対物レンズでは、光源側の非球面（Ｓ１）上に形成した回折構造（図示せず）の作用と結像倍率の違いとを利用することで、３種類の光ディスクの透明基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。なお、本実施例の対物レンズの、所定の像側開口数内における波面収差は、
λ１＝４０５ｎｍ、ＮＡ１ ０．８５、ｔ１＝０．１ｍｍのとき、０．００８λ１ｒｍｓλ２＝６５０ｎｍ、ＮＡ２ ０．６５、ｔ２＝０．６ｍｍのとき、０．００３λ２ｒｍｓλ３＝７８０ｎｍ、ＮＡ３ ０．５０、ｔ３＝１．２ｍｍのとき、０．００５λ３ｒｍｓである。
また、本実施例の対物レンズでは、ＮＡ２ ０．６５より外側を通過する、波長６５０ｎｍの光束を第２の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとし、さらに、ＮＡ３ ０．５０より外側を通過する光束を第３の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとしているので、スポットが必要以上に絞られることがなく、第２及び第３の光ディスクのディスクスキューに対する十分なマージンを確保でき、さらに、それぞれの光ディスクに対応して、自動的に開口切り替えが行われるので、別途、開口切替手段を設ける必要がなく、光ピックアップの構造を簡単にすることができる。
なお、本実施例の対物レンズでは、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）として、透明基板厚さｔ１を０．１ｍｍ、光源の波長を４０５ｎｍ、像側開口数を０．８５と仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
また、第２の光ディスク（ＤＶＤ）に対する像側開口数を０．６５、第３の光ディスク（ＣＤ）に対する像側開口数を０．５０として光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
表１９に本実施例の対物レンズのレンズデータを示す。
Figure 0004577664
本実施例の対物レンズは、光源側の非球面（表１９で第１面）上に、表２０で示すような、輪帯状の回折構造が形成されている。表２０において、「始点高さ」は、その輪帯の始点の光軸からの距離、「終点高さ」は、その輪帯の終点の光軸からの距離を表し、有効径内での輪帯数は８３本である。
Figure 0004577664
表２０の回折輪帯構造は、波長３８０ｎｍ、回折次数２で回折効率が理論的に１００％となるように最適化されている。この回折構造に、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）の使用波長である波長４０５ｎｍの光が入射した場合、２次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第２の光ディスク（ＤＶＤ）の使用波長である波長６５０ｎｍの光が入射した場合と、第３の光ディスク（ＣＤ）の使用波長である波長７８０ｎｍの光が入射した場合には、１次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
波長３８０ｎｍ、回折次数２で回折構造を最適化することにより、
高密度ＤＶＤ（波長４０５ｎｍ） ： ９５．１％
ＤＶＤ（波長６５０ｎｍ） ： ９０．９％
ＣＤ（波長７８０ｎｍ） ： ９９．８％
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率を得ることができる。
〈実施例８〉
本実施例の対物レンズは、上述した第６の実施の形態における対物レンズＯＢＪ１として好適なガラス単レンズである。本実施例の対物レンズ特性を得るに当たって、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）用の第１光源の波長λ１を４０５ｎｍ、第２の光ディスク（ＤＶＤ）用の第２光源の波長をλ２を６５０ｎｍ、第３光ディスク用（ＣＤ）の第３光源の波長λ３を７８０ｎｍとし、第１の光ディスクの透明基板厚さｔ１は０．１ｍｍ、第２の光ディスクの透明基板厚さｔ２は０．６ｍｍ、第３の光ディスクの透明基板厚さｔ３は１．２ｍｍとした。また、第１乃至第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数ＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３として、それぞれ０．８５、０．６５、０．５０を想定している。
図７１乃至図７３に、本実施例の対物レンズのλ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６５０ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍにおける光路図を示す。また、図７４に本実施例の対物レンズのλ１＝４０５ｎｍに対する開口数０．８５までの球面収差図を示す。また、図７５にλ１＝４０５ｎｍとＮＡ１ ０．８５との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ２＝６５０ｎｍの光を入射させた場合の球面収差図を示す。さらに、図７６にλ１＝４０５ｎｍとＮＡ２ ０．８５との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ３＝７８０ｎｍの光を入射させた場合の球面収差図を示す。
本実施例の対物レンズでは、光源側の非球面（Ｓ１）上に形成した回折構造（図示せず）の作用と結像倍率の違いとを利用することで、３種類の光ディスクの透明基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。なお、本実施例の対物レンズの、所定の像側開口数内における波面収差は、
λ１＝４０５ｎｍ、ＮＡ１ ０．８５、ｔ１＝０．１ｍｍのとき、０．００８λ１ｒｍｓλ２＝６５０ｎｍ、ＮＡ２ ０．６５、ｔ２＝０．６ｍｍのとき、０．００５λ２ｒｍｓλ３＝７８０ｎｍ、ＮＡ３ ０．５０、ｔ３＝１．２ｍｍのとき、０．００５λ３ｒｍｓである。
また、本実施例の対物レンズでは、ＮＡ２ ０．６５より外側を通過する、波長６５０ｎｍの光束を第２の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとし、さらに、ＮＡ３ ０．５０より外側を通過する光束を第３の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとしているので、スポットが必要以上に絞られることがなく、第２及び第３の光ディスクのディスクスキューに対する十分なマージンを確保でき、さらに、それぞれの光ディスクに対応して、自動的に開口が切り替えが行われるので、別途、開口切替手段を設ける必要がなく、光ピックアップの構造を簡単にすることができる。
なお、本実施例の対物レンズでは、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）として、透明基板厚さｔ１を０．１ｍｍ、光源の波長を４０５ｎｍ、像側開口数を０．８５と仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
また、第２の光ディスク（ＤＶＤ）に対する像側開口数を０．６５、第３の光ディスク（ＣＤ）に対する像側開口数を０．５０として光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
表２１に本実施例の対物レンズのレンズデータを示す。
Figure 0004577664
本実施例の対物レンズは、光源側の非球面（表２１で第１面）上に、表２２で示すような、輪帯状の回折構造が形成されている。表２２において、「始点高さ」は、その輪帯の始点の光軸からの距離、「終点高さ」は、その輪帯の終点の光軸からの距離を表し、有効径内での輪帯数は３０本である。
Figure 0004577664
表２２の回折輪帯構造は、波長４１５ｎｍ、回折次数６で回折効率が理論的に１００％となるように最適化されている。この回折構造に、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）の使用波長である波長４０５ｎｍの光が入射した場合には、６次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第２の光ディスク（ＤＶＤ）の使用波長である波長６５０ｎｍの光が入射した場合には、４次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第３の光ディスク（ＣＤ）の使用波長である波長７８０ｎｍの光が入射した場合には、３次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
波長４１５ｎｍ、回折次数６で回折構造を最適化することにより、
高密度ＤＶＤ（波長４０５ｎｍ） ： ９３．０％
ＤＶＤ（波長６５０ｎｍ） ： ９０．９％
ＣＤ（波長７８０ｎｍ） ： ８８．４％
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率を得ることができる。
〈実施例９〉
本実施例の対物レンズは、上述した第７の実施の形態における対物レンズＯＢＪ２として好適な対物レンズである。本実施例の対物レンズ特性を得るに当たって、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）用の第１光源の波長λ１を４０５ｎｍ、第２の光ディスク（ＤＶＤ）用の第２光源の波長をλ２を６５０ｎｍ、第３光ディスク用（ＣＤ）の第３光源の波長λ３を７８０ｎｍとし、第１の光ディスクの透明基板厚さｔ１は０．１ｍｍ、第２の光ディスクの透明基板厚さｔ２は０．６ｍｍ、第３の光ディスクの透明基板厚さｔ３は１．２ｍｍとした。また、第１乃至第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数ＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３として、それぞれ０．８５、０．６０、０．５０を想定している。
図７７乃至図７９に、本実施例の対物レンズのλ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６５０ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍにおける光路図を示す。また、図８０に本実施例の対物レンズのλ１＝４０５ｎｍに対する開口数０．８５までの球面収差図を示す。また、図８１にλ１＝４０５ｎｍとＮＡ１ ０．８５との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ２＝６５０ｎｍの光を入射させた場合の球面収差図を示す。さらに、図８２にλ１＝４０５ｎｍとＮＡ２ ０．８５との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ３＝７８０ｎｍの光を入射させた場合の球面収差図を示す。
本実施例の対物レンズは、両面が非球面とされた第１の光学素子Ｌ１としてのプラスチックレンズと、このプラスチックレンズの光束入射面側に配置された第２の光学素子Ｌ２としてのプラスチックレンズとから構成される複合型対物レンズであって、第２の光学素子Ｌ２の第１の光学素子Ｌ１側の光学面上に形成した回折構造（図示せず）の作用と結像倍率の違いとを利用することで、３種類の光ディスクの透明基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。なお、本実施例の対物レンズの、所定の像側開口数内における波面収差は、
λ１＝４０５nm、NA１ ０．８５、t１＝０．１mmのとき、０．００４λ１ rms
λ２＝６５０nm、NA２ ０．６０、t２＝０．６mmのとき、０．００１λ２ rms
λ３＝７８０nm、NA３ ０．５０、t３＝１．２mmのとき、０．００２λ３ rms
である。
また、本実施例の対物レンズの第２の光学素子Ｌ２は、基板厚差補正手段としての機能に加えて開口切替手段としての機能も有する。すなわち、NA２ ０．６５より外側を通過する、波長６５０nmの光束を第２の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとし、さらに、NA３ ０．５０より外側を通過する光束を第３の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとしているので、スポットが必要以上に絞られることがなく、第２及び第３の光ディスクのディスクスキューに対する十分なマージンを確保でき、さらに、それぞれの光ディスクに対応して、自動的に開口切り替えが行われるので、別途、開口切替手段を設ける必要がなく、光ピックアップの構造を簡単にすることができる。
なお、本実施例の対物レンズでは、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）として、透明基板厚さt１を０．１mm、光源の波長を４０５nm、像側開口数を０．８５と仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
また、第２の光ディスク（ＤＶＤ）に対する像側開口数を０．６５、第３の光ディスク（ＣＤ）に対する像側開口数を０．５０として光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
表２３に本実施例の対物レンズのレンズデータを示す。
Figure 0004577664
本実施例の対物レンズは、第２の光学素子Ｌ２の光ディスク側の平面（表２３で第２面）上に、表２４で示すような、輪帯状の回折構造が形成されている。表２４において、「始点高さ」は、その輪帯の始点の光軸からの距離、「終点高さ」は、その輪帯の終点の光軸からの距離を表し、有効径内での輪帯数は１３０本である。
Figure 0004577664
表２４の回折輪帯構造は、波長３７５ｎｍ、回折次数２で回折効率が理論的に１００％となるように最適化されている。この回折構造に、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）の使用波長である波長４０５ｎｍの光が入射した場合、２次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第２の光ディスク（ＤＶＤ）の使用波長である波長６５０ｎｍの光が入射した場合と、第３の光ディスク（ＣＤ）の使用波長である波長７８０ｎｍの光が入射した場合には、１次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
波長３７５ｎｍ、回折次数２で回折構造を最適化することにより、
高密度ＤＶＤ（波長４０５ｎｍ） ： ９３．０％
ＤＶＤ（波長６５０ｎｍ） ： ９２．５％
ＣＤ（波長７８０ｎｍ） ： ９９．５％
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率を得ることができる。
また、回折構造を形成する光学面が平面なので、本実施例の対物レンズの第２の光学素子Ｌ２の回折構造は、電子ビーム描画法による作製が可能であり、隣り合う輪帯間隔の最小値が、６ミクロンと小さい回折構造であっても高精度に作製でき、回折構造の形状誤差による回折効率の低下の小さい素子を実現できる。電子ビーム描画法による微細な回折構造の作製法に関しては、「OPTICS DESIGN 光設計研究グループ機関誌 Ｎｏ．２０ ２０００．２．２５ ｐ２６−ｐ３１」に記載されている。
〈実施例１０〉
本実施例の対物レンズは、上述した第６の実施の形態における対物レンズＯＢＪ１として好適なプラスチック単レンズである。本実施例の対物レンズ特性を得るに当たって、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）用の第１光源の波長λ１を４０５nm、第２の光ディスク（ＤＶＤ）用の第２光源の波長をλ２を６５５nm、第３光ディスク用（ＣＤ）の第３光源の波長λ３を７８５nmとし、第１の光ディスクの透明基板厚さt１は０．１mm、第２の光ディスクの透明基板厚さt２は０．６mm、第３の光ディスクの透明基板厚さt３は１．２mmとした。また、第１乃至第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数NA１、NA２、NA３として、それぞれ０．８５、０．６０、０．４５を想定している。
図８３乃至図８５に、本実施例の対物レンズのλ１＝４０５nm、λ２＝６５５nm、λ３＝７８５nmにおける光路図を示す。また、図８６に本実施例の対物レンズのλ１＝４０５nmに対する開口数０．８５までの球面収差図を示す。また、図８７にλ１＝４０５nmとNA１ ０．８５との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ２＝６５５nmの光を入射させた場合の球面収差図を示す。さらに、図８８にλ３＝７８５nmに対する開口数０．４５までの球面収差図を示す。
本実施例の対物レンズでは、光源側の非球面（Ｓ１）上に形成した回折構造（図示せず）の作用により、第１の光ディスクと第２の光ディスクの透明基板厚さの違いにより発生する球面収差を、第１の光ディスクと第２の光ディスクとのそれぞれの光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。また、第３の光ディスク似対しては、発散光である波長λ３の光束を対物レンズに入射させることで、第１光ディスクと第３の光ディスクとの透明基板厚さの違いにより発生する球面収差を、第３の光ディスクに対して情報の記録／再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。なお、本実施例の対物レンズの、所定の像側開口数内における波面収差は、
λ１＝４０５nm、NA１ ０．８５、t１＝０．１mmのとき、０．００４λ１ rms
λ２＝６５５nm、NA２ ０．６０、t２＝０．６mmのとき、０．００７λ２ rms
λ３＝７８５nm、NA３ ０．４５、t３＝１．２mmのとき、０．００５λ３ rms
である。
また、本実施例の対物レンズでは、NA２ ０．６０より外側を通過する、波長６５５nmの光束を第２の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとしているので、スポットが必要以上に絞られることがなく、第２の光ディスクのディスクスキューに対する十分なマージンを確保でき、さらに、第２の光ディスクに対応して、自動的に開口切り替えが行われるので、別途、開口切替手段を設ける必要がなく、光ピックアップの構造を簡単にすることができる。
そして、対物レンズの光学面上には、第３の光ディスクに対し情報の記録／再生を行う際に必要な開口切替手段である波長選択性のあるフィルタが形成されている。第３の光ディスクに対する情報の記録／再生を行う場合は、必要開口数以上の光束を、波長選択性のある輪帯フィルタによって遮断する。これにより、自動的に開口切り替えを行うことができる。波長選択性のある輪帯フィルタとして、図１７に示す対物レンズにおいて、反射率が図８９に示すような波長依存性を有するフィルタを対物レンズの光学面上に輪帯状に形成したものがあげられる。
なお、本実施例の対物レンズでは、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）として、透明基板厚さt１を０．１mm、光源の波長を４０５nm、像側開口数を０．８５と仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
また、第２の光ディスク（ＤＶＤ）に対する像側開口数を０．６０、第３の光ディスク（ＣＤ）に対する像側開口数を０．４５として光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
表２５に本実施例の対物レンズのレンズデータを示す。
Figure 0004577664
本実施例の対物レンズは、光源側の非球面（Ｓ１）上に、表２６で示すような、輪帯状の回折構造が形成されている。表２６において、「始点高さ」は、その輪帯の始点の光軸からの距離、「終点高さ」は、その輪帯の終点の光軸からの距離を表し、有効径内での輪帯数は１０１本である。
Figure 0004577664
表２６の回折輪帯構造は、ｈを光軸からの高さを表すとしたときに、０≦ｈ≦１．５９を満たす領域の回折構造（表２６において、輪帯番号１〜６３）は、波長３８０ｎｍ、回折次数２で回折効率が理論的に１００％となるように最適化されている。この回折構造に、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）の使用波長である波長４０５ｎｍの光が入射した場合には、２次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第２の光ディスク（ＤＶＤ）の使用波長である波長６５５ｎｍの光が入射した場合と、第３の光ディスク（ＣＤ）の使用波長である波長７８５ｎｍの光が入射した場合には、１次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
一方、ｈ＞１．５９を満たす領域の回折構造（表２６において、輪帯番号６４〜１０１）は、波長４０５ｎｍ、回折次数３で回折効率が理論的に１００％となるように最適化されている。この回折構造に、第１の光ディスク（高密度ＤＶＤ）の使用波長である波長４０５ｎｍの光が入射した場合には、３次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第２の光ディスク（ＤＶＤ）の使用波長である波長６５５ｎｍの光が入射した場合には、２次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
上記のように、回折構造の最適化波長と回折次数を設定することにより、
０≦ｈ≦１．５９の領域では、
高密度ＤＶＤ（波長４０５ｎｍ） ： ９５．１％
ＤＶＤ（波長６５５ｎｍ） ： ９３．３％
ＣＤ（波長７８５ｎｍ） ： ９９．７％
ｈ＞１．５９の領域では、
高密度ＤＶＤ（波長４０５ｎｍ） ： １００ ％
ＤＶＤ（波長６５５ｎｍ） ： ９１．８％
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率を得ることができる。
また、上記のように、ｈ＞１．５９を満たす領域の回折構造を、波長４０５ｎｍ、回折次数３で最適化することで、第２の光ディスクに対する情報の記録／再生を行う場合に、ＮＡ２より外側（すなわち、光源側の非球面のｈ＞１．５９を満たす領域）を通過した光束の球面収差の最大値が約７０μｍと、フレアの外径を大きくすることができたので、光検出器の受光部における良好な信号検出特性が得られる。
〈実施例１１〉
表２７にレンズデータを示す実施例１１は、上述した第６の実施の形態における対物レンズＯＢＪ１として好適なプラスチック単レンズであり、第１面（Ｓ１）上に輪帯状の回折構造が形成されている。
Figure 0004577664
本実施例の対物レンズでは、第１の光ディスクＤ１、第２の光ディスクＤ２、第３の光ディスクＤ３に対する仕様をそれぞれ
ＮＡ１＝０．８５、λ１＝４０５ｎｍ、ｔ１＝０．１ｍｍ、ｍ１＝０
ＮＡ２＝０．６５、λ２＝６５０ｎｍ、ｔ２≡０．６ｍｍ、ｍ２＝−０．０３
ＮＡ３＝０．５０、λ３＝７８０ｎｍ、ｔ３＝１．２ｍｍ、ｍ３＝−０．１４
と想定している。
ＮＡ３内に対応する共通領域及びＮＡ３〜ＮＡ２内に対応する第１の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λＢと最適化次数ｎＢは、それぞれλＢ＝４１５ｎｍ、ｎＢ＝６であり、ＮＡ２〜ＮＡ１内に対応する第２の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λＢと最適化次数ｎＢは、それぞれλＢ＝４０５ｎｍ、ｎＢ＝８である。
従って、共通領域及び第１の周辺領域では、半導体レーザＬＤ１から射出された４０５ｎｍのレーザ光に対して６次回折光、半導体レーザＬＤ２から射出された６５０ｎｍのレーザ光に対して４次回折光、半導体レーザＬＤ３から射出された７８０ｎｍのレーザ光に対して３次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生し、第２の周辺領域では、半導体レーザＬＤ１から射出された４０５ｎｍのレーザ光に対して８次回折光、半導体レーザＬＤ２から射出された６５０ｎｍのレーザ光に対して５次回折光、半導体レーザＬＤ３から射出された７８０ｎｍのレーザ光に対して４次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生する。
このように決定された回折構造に対して、λ１より５ｎｍ長い波長４１０ｎｍのレーザ光が入射すると図９５（Ａ）に示す球面収差図（色収差図）からわかるように、本実施例の対物レンズの球面収差は補正不足方向に変化する。そこで本実施例の対物レンズでは、入射する光束の波長が長くなるとバックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を持たせることで、λ１より５ｎｍ長い波長４１０ｎｍのレーザ光が入射した際のバックフォーカスの変化量ΔＣＡと、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長４１０ｎｍのレーザ光が入射した際のＮＡ１に対応するマージナル光線の変化量ΔＳＡとが
−１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０
なる関係を満たすようにしたので、半導体レーザＬＤ１がモードホップを起こしても最良像点位置の変化を小さく抑えられたレンズとなっている。ここで、バックフォーカスの変化量ΔＣＡは、図９５（Ａ）の４０５ｎｍ、４１０ｎｍのグラフの下端の移動幅で示され、マージナル光線の変化量ΔＳＡは、４０５ｎｍのグラフをその下端が４１０ｎｍのグラフの下端に重なる位置まで平行移動させた際のグラフの上端と、４１０ｎｍのグラフの上端との幅により示される。
ところで、対物レンズＯＢＪ１において、回折構造の近軸パワーＰＤを大きく設定すると、波長λ１近傍の軸上色収差を良好に補正することができるので、半導体レーザＬＤ１のモードホップに対して集光性能の劣化の少ないレンズとすることができるが、波長λ１近傍の軸上色収差を完全に補正してしまうと、波長λ２から波長λ３の波長領域の軸上色収差が補正過剰となりすぎてしまい、半導体レーザＬＤ２や半導体レーザＬＤ３のモードホップに対して集光性能の劣化が大きくなり、第２の光ディスクや第３の光ディスクに対する情報の記録が正確に行えなくなる恐れがある。
そこで、本実施例の対物レンズでは、回折構造の近軸パワーＰＤを
−５．０×１０-2＜ＰＤ＜２．０×１０-2
を満たすように設定することで、半導体レーザＬＤ２や半導体レーザＬＤ３のモードホップに対して集光性能の劣化が大きくなりすぎないようにした。
また、図９５（Ｂ）、（Ｃ）に示す球面収差図からわかるように、第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ２から射出された６５０ｎｍのレーザ光は、第２の光ディスクＤ２の情報記録面上でフレア成分となり、第１の周辺領域及び第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ３から射出された７８０ｎｍのレーザ光は、第３の光ディスクＤ３の情報記録面上でフレア成分となるので、ＮＡ２及びＮＡ３に対する開口切り替えが自動的に行われる。
〈実施例１２〉
表２８にレンズデータを示す実施例１２は、上述した第６の実施の形態における対物レンズＯＢＪ１として好適なプラスチック単レンズであり、第１面（Ｓ１）上に輪帯状の回折構造が形成されている。
Figure 0004577664
本実施例の対物レンズでは、第１の光ディスクＤ１、第２の光ディスクＤ２、第３の光ディスクＤ３に対する仕様をそれぞれ
ＮＡ１＝０．８５、λ１＝４０５ｎｍ、ｔ１＝０．１ｍｍ、ｍ１＝０
ＮＡ２＝０．６５、λ２＝６５０ｎｍ、ｔ２＝０．６ｍｍ、ｍ２＝−０．０２
ＮＡ３＝０．５０、λ３＝７８０ｎｍ、ｔ３＝１．２ｍｍ、ｍ３＝−０．１５
と想定している。
ＮＡ３内に対応する共通領域及びＮＡ３〜ＮＡ２内に対応する第１の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λＢと最適化次数ｎＢは、それぞれλＢ＝３８０ｎｍ、ｎＢ＝２であり、ＮＡ２〜ＮＡ１内に対応する第２の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λＢと最適化次数ｎＢは、それぞれλＢ＝４０５ｎｍ、ｎＢ＝２である。
従って、それぞれの領域に形成された回折構造では、半導体レーザＬＤ１から射出された４０５ｎｍのレーザ光に対して２次回折光、半導体レーザＬＤ２から射出された６５０ｎｍのレーザ光に対して１次回折光、半導体レーザＬＤ３から射出された７８０ｎｍのレーザ光に対して１次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生する。
上述の回折構造に対して、λ１より５ｎｍ長い波長４１０ｎｍ及び５ｎｍ短い波長４１０ｎｍのレーザ光が入射したときの球面収差図（色収差図）を図９６（Ａ）に示す。
さらに、本実施例の対物レンズでは、回折構造の近軸パワーＰＤを
０．５×１０-2＜ＰＤ＜５．０×１０-2
を満たすように設定することで、半導体レーザＬＤ２や半導体レーザＬＤ３のモードホップに対して集光性能の劣化が大きくなりすぎないようにした。
また、図９６（Ｂ）、（Ｃ）に示す球面収差図からわかるように、第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ２から射出された６５０ｎｍのレーザ光は、第２の光ディスクＤ２の情報記録面上でフレア成分となり、第１の周辺領域及び第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ３から射出された７８０ｎｍのレーザ光は、第３の光ディスクＤ３の情報記録面上でフレア成分となるので、ＮＡ２及びＮＡ３に対する開口切り替えが自動的に行われる。
〈実施例１３〉
表２９にレンズデータを示す実施例１３は、上述した第７の実施の形態における対物レンズＯＢＪ２として好適な複合型対物レンズであり、両方の光学面が非球面とされた第１の光学素子Ｌ１としてのガラスレンズと、非球面とされた光源側の光学面上に輪帯状の回折構造が形成された第２の光学素子Ｌ２としてのプラスチックレンズから構成されている。
Figure 0004577664
本実施例の対物レンズでは、第１の光ディスクＤ１、第２の光ディスクＤ２、第３の光ディスクＤ３に対する仕様をそれぞれ
ＮＡ１＝０．８５、λ１＝４０５ｎｍ、ｔ１＝０．１ｍｍ、ｍ１＝０
ＮＡ２＝０．６５、λ２＝６５５ｎｍ、ｔ２＝０．６ｍｍ、ｍ２＝−０．０４
ＮＡ３＝０．５０、λ３＝７８５ｎｍ、ｔ３＝１．２ｍｍ、ｍ３＝−０．１４
と想定している。
ＮＡ３内に対応する共通領域、ＮＡ３〜ＮＡ２内に対応する第１の周辺領域、及びＮＡ２〜ＮＡ１内に対応する第２の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λＢと最適化次数ｎＢは、それぞれλＢ＝３８０ｎｍ、ｎＢ＝２である。
従って、それぞれの領域に形成された回折構造では、半導体レーザＬＤ１から射出された４０５ｎｍのレーザ光に対して２次回折光、半導体レーザＬＤ２から射出された６５５ｎｍのレーザ光に対して１次回折光、半導体レーザＬＤ３から射出された７８５ｎｍのレーザ光に対して１次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生する。
このように決定された回折構造に対して、λ１より５ｎｍ長い波長４１０ｎｍのレーザ光が入射すると図９７（Ａ）に示す球面収差図（色収差図）からわかるように、本実施例の対物レンズの球面収差は補正過剰方向に変化する。そこで本実施例の対物レンズでは入射する光束の波長が長くなるとバックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を持たせることで、λ１より５ｎｍ長い波長４１０ｎｍのレーザ光が入射した際のバックフォーカスの変化量ΔＣＡと、前記波長λ１より５ｎｍ長い波長４１０ｎｍのレーザ光が入射した際のＮＡ１に対応するマージナル光線の変化量ΔＳＡとが
−１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０
なる関係を満たすようにしたので、半導体レーザＬＤ１がモードホップを起こしても最良像点位置の変化を小さく抑えられたレンズとなっている。
さらに、本実施例の対物レンズでは、回折構造の近軸パワーＰＤを
０．５×１０-2＜ＰＤ＜５．０×１０-2
を満たすように設定することで、半導体レーザＬＤ２や半導体レーザＬＤ３のモードホップに対して集光性能の劣化が大きくなりすぎないようにした。
また、図９７（Ｂ）、（Ｃ）に示す球面収差図からわかるように、第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ２から射出された６５５ｎｍのレーザ光は、第２の光ディスクＤ２の情報記録面上でフレア成分となり、第１の周辺領域及び第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ３から射出された７８５ｎｍのレーザ光は、第３の光ディスクＤ３の情報記録面上でフレア成分となるので、ＮＡ２及びＮＡ３に対する開口切り替えが自動的に行われる。
〈実施例１４〉
表３０にレンズデータを示す実施例１４は、上述した第７の実施の形態における対物レンズＯＢＪ２として好適な複合型対物レンズであり、両方の光学面が非球面とされた第１の光学素子Ｌ１としてのプラスチックレンズと、非球面とされた両方の光学面上に輪帯状の回折構造が形成された第２の光学素子Ｌ２としてのプラスチックレンズから構成されている。
Figure 0004577664
本実施例の対物レンズでは、第１の光ディスクＤ１、第２の光ディスクＤ２、第３の光ディスクＤ３に対する仕様をそれぞれ
ＮＡ１＝０．８５、λ１＝４０５ｎｍ、ｔ１＝０．１ｍｍ、ｍ１＝０
ＮＡ２＝０．６５、λ２＝６５０ｎｍ、ｔ２＝０．６ｍｍ、ｍ２＝−０．１１
ＮＡ３＝０．５０、λ３＝７８０ｎｍ、ｔ３＝１．２ｍｍ、ｍ３＝−０．２０
と想定している。
ＮＡ３内に対応する共通領域及びＮＡ３〜ＮＡ２内に対応する第１の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λＢと最適化次数ｎＢは、それぞれλＢ＝３８０ｎｍ、ｎＢ＝２であり、ＮＡ２〜ＮＡ１内に対応する第２の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λＢと最適化次数ｎＢは、それぞれλＢ＝４０５ｎｍ、ｎＢ＝３である。
従って、共通領域及び第１の周辺領域では、半導体レーザＬＤ１から射出された４０５ｎｍのレーザ光に対して２次回折光、半導体レーザＬＤ２から射出された６５０ｎｍのレーザ光に対して１次回折光、半導体レーザＬＤ３から射出された７８０ｎｍのレーザ光に対して１次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生し、第２の周辺領域では、半導体レーザＬＤ１から射出された４０５ｎｍのレーザ光に対して３次回折光、半導体レーザＬＤ２から射出された６５０ｎｍのレーザ光に対して２次回折光、半導体レーザＬＤ３から射出された７８０ｎｍのレーザ光に対して２次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生する。
上述の回折構造に対して、λ１、λ１より５ｎｍ長い波長４１０ｎｍ及び５ｎｍ短い波長４００ｎｍのレーザ光が入射したときの球面収差図（色収差図）を図９８（Ａ）に示す。
さらに、本実施例の対物レンズでは、第２の光ディスクに対して記録／再生をする際の結像倍率ｍ２、第３の光ディスクに対して記録／再生をする際の結像倍率ｍ３に対して、回折構造の近軸パワーＰＤを
０．５×１０-2＜ＰＤ＜５．０×１０-2
を満たすように適切に設定することで、半導体レーザＬＤ２や半導体レーザＬＤ３のモードホップに対して集光性能の劣化が大きくなりすぎないようにした。
また、本実施例の対物レンズの第２の光学素子Ｌ２は、基板厚差補正手段としての機能に加えて、開口切替手段としての機能も有する。すなわち、図９８（Ｂ）、（Ｃ）に示す球面収差図からわかるように、第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ２から射出された６５０ｎｍのレーザ光は、第２の光ディスクＤ２の情報記録面上でフレア成分となり、第１の周辺領域及び第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ３から射出された７８０ｎｍのレーザ光は、第３の光ディスクＤ３の情報記録面上でフレア成分となるので、ＮＡ２及びＮＡ３に対する開口切り替えが自動的に行われる。
ところで、光ピックアップ装置において、対物レンズはトラッキングエラーにより半導体レーザの発光点に対し０．２ｍｍ程度偏芯する。これは、対物レンズに発散光束を入射させる場合、発光点が対物レンズに対して０．２ｍｍの物体高をもつ軸外物点となることに相当する。本実施例の対物レンズの０．２ｍｍの物体高に対する波面収差は、第２の光ディスクに対しては、０．０２５λ２ｒｍｓ、第３の光ディスクに対しては、０．０３３λ３ｒｍｓであり、対物レンズ発散光束を入射させて使用する第２の光ディスクや第３の光ディスクに対して良好なトラッキング特性を得ることができる。
〈実施例１５〉
表３１にレンズデータを示す実施例１５は、上述した第７の実施の形態における対物レンズＯＢＪ２として好適な複合型対物レンズであり、両方の光学面が非球面とされた第１の光学素子Ｌ１としてのプラスチックレンズと、両方の光学面が非球面とされ、光源側の非球面上に輪帯状の回折構造が形成された第２の光学素子Ｌ２としてのプラスチックレンズから構成されている。
Figure 0004577664
本実施例の対物レンズでは、第１の光ディスクＤ１、第２の光ディスクＤ２、第３の光ディスクＤ３に対する仕様をそれぞれ
ＮＡ１＝０．８７、λ１＝４０８ｎｍ、ｔ１＝０．１ｍｍ、ｍ１＝０
ＮＡ２＝０．６７、λ２＝６５８ｎｍ、ｔ２＝０．６ｍｍ、ｍ２＝−０．１２
ＮＡ３＝０．５１、λ３＝７８５ｎｍ、ｔ３＝１．２ｍｍ、ｍ３＝−０．２０
と想定している。
ＮＡ３内に対応する共通領域及びＮＡ３〜ＮＡ２内に対応する第１の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λＢと最適化次数ｎＢは、それぞれλＢ＝４０８ｎｍ、ｎＢ＝８であり、ＮＡ２〜ＮＡ１内に対応する第２の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λＢと最適化次数ｎＢは、それぞれλＢ＝４０８ｎｍ、ｎＢ＝６である。
従って、共通領域及び第１の周辺領域では、半導体レーザＬＤ１から射出された４０８ｎｍのレーザ光に対して８次回折光、半導体レーザＬＤ２から射出された６５８ｎｍのレーザ光に対して５次回折光、半導体レーザＬＤ３から射出された７８５ｎｍのレーザ光に対して４次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生し、第２の周辺領域では、半導体レーザＬＤ１から射出された４０８ｎｍのレーザ光に対して６次回折光、半導体レーザＬＤ２から射出された６５８ｎｍのレーザ光に対して４次回折光、半導体レーザＬＤ３から射出された７８５ｎｍのレーザ光に対して３次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生する。
図９９（Ａ）に４０３ｎｍ、４０８ｎｍ及び４１３ｎｍの各レーザ光が入射したときの球面収差図（色収差図）を示す。また、本実施例の対物レンズの第２の光学素子Ｌ２は、基板厚差補正手段としての機能に加えて開口切替手段としての機能も有する。すなわち、図９９（Ｂ）、（Ｃ）に示す球面収差図からわかるように、第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ２から射出された６５８ｎｍのレーザ光は、第２の光ディスクＤ２の情報記録面上でフレア成分となり、第１の周辺領域及び第２の周辺領域を通過する半導体レーザＬＤ３から射出された７８８ｎｍのレーザ光は、第３の光ディスクＤ３の情報記録面上でフレア成分となるので、ＮＡ２及びＮＡ３に対する開口切り替えが自動的に行われる。
なお、本明細書において、回折構造が形成された面（回折面）とは、光学素子の表面に、レリーフを設けて、入射光束を回折させる作用を持たせる面のことをいい、同一光学面に回折を生じる領域と生じない領域がある場合は、回折を生じる領域をいう。また、回折構造または回折パターンとは、この回折を生じる領域のことをいう。レリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心として略同心円状の輪帯として形成され、光軸を含む平面でその断面をみれば、各輪帯は鋸歯状（かかる場合に、レリーフを特に「ブレーズ」とよぶ。）、あるいは階段状のような形状が知られているが、そのような形状を含むものである。
一般に、回折面からは、０次回折光、±１次回折光、±２次回折光、・・・、と無数の次数の回折光が生じるが、例えば、上記のような子午断面が鋸歯状となるブレーズ、あるいは階段状の形状を持つ回折面の場合は、特定の次数の回折効率を他の次数の回折効率よりも高くしたり、場合によっては、特定の１つの次数（例えば、＋１次回折光）の回折効率をほぼ１００％とするように、このブレーズの形状または階段状の形状を設定することができる。本発明において、「回折構造が波長λB、回折次数ｎで最適化されている」とは、波長λBの光が入射したときに、回折次数ｎの回折光の回折効率が理論的に１００％となるように、ブレーズの形状あるいは階段状の形状を設定することを指す（このとき、波長λＢを製造波長または最適化波長とよび、回折次数ｎを最適化次数とよぶ）。別の言い方をすると、次のように説明することができる。「回折構造が波長λB、回折次数ｎで最適化されている」とは、実際に、光学素子上に形成されたブレーズあるいは階段状の回折構造において、輪帯の光軸方向の段差量を、Δｄ（μｍ）、回折構造に入射する光の波長のうち最も短い波長（すなわち、本明細書中において、第１光源が発生するλ１の光の波長）における、回折構造の屈折率をＮλｍｉｎとすると、Δｄ、Ｎλｍｉｎと、最適化波長λB（ｎｍ）、回折次数ｎとの間に次の関係が成り立つことである。
λB（ｎｍ）＝Δｄ×（Ｎλｍｉｎ−１）／（ｎ×１０-3）
上式において、ｎは、次式により算出される。
ｎ＝ＩＮＴ（Ｙ）
Ｙ＝Δｄ×（Ｎλｍｉｎ−１）／（λｍｉｎ×１０-3）
ただし、ＩＮＴ（Ｙ）は、Ｙを四捨五入して得られる整数である。
ここで、実際のブレーズまたは階段状の回折構造が製造誤差による形状誤差を有する場合には、図９０のように、ブレーズまたは階段状の回折構造の理想形状を近似的に求めた場合の光軸方向の段差量をΔｄとする。
また、本明細書において、「対物レンズ」とは、光情報記録媒体（光ディスク）の情報記録面に情報の記録、及び／または、情報記録面の情報を再生するための光学系に含まれる光学素子うち、光情報記録媒体と対向する位置に配置され、光源からの光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための光学素子を指す。
そして、「１つのレンズ群から構成される対物レンズ」とは、光情報記録媒体と対向する位置に配置された光学素子であって、１つの群（１枚の光学素子から構成される場合も、複数の光学素子が接合されている場合も含む）から構成された、光源からの光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための光学素子を指す。
また、本明細書において、「光学素子」と「レンズ」は同義である。
また、対物レンズが複数の光学素子（あるいは、レンズ群）から構成される場合は、光情報記録媒体と対向する位置に配置された光学素子と、鏡枠やフランジ等で一体とされた複数の光学素子の集合を本明細書での定義による対物レンズと呼ぶ。
また、本明細書において、透明基板厚の異なる３種類の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録について、１つのレンズ群から構成される「共通の対物レンズを用いる」とは、それぞれの光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合に、光情報記録媒体に対向する位置に配置され、光源からの光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための光学素子が、同一の光学素子であることを指し、この同一の光学素子を「共通の対物レンズ」と定義する。
そして、ある特定の透明基板厚を有する光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行う場合にのみ、光源と光情報記録媒体との間の光路中に挿入されたり、光学素子としての機能が働く光学素子は、上記の共通の対物レンズには含まれないものとする。
また、本明細書において、「保護基板」、及び「透明基板」、及び「保護層」とは、光情報記録媒体の情報記録面を保護するために、情報記録面の光束入射面側に形成された光学的に透明な平行平板を指し、光源から射出された光束は、対物レンズによって、上記の平行平板を介して光情報記録媒体の情報記録面上に集光される。そして、本明細書において、「保護基板厚（さ）」とは、上記の平行平板の厚さを指し、ＤＶＤ規格の光情報記録媒体では、保護基板厚は０．６ｍｍ、ＣＤ規格の光情報記録媒体では、保護基板厚は１．２ｍｍであるが、本明細書において、高密度ＤＶＤ（第１光情報記録媒体、または、第１（の）光ディスク）には、明細書中で一例としてあげた、０．１ｍｍの保護基板厚を有する光情報記録媒体の他に、保護基板厚がゼロ、すなわち、平行平板を有さないものや、ＤＶＤ規格の光情報記録媒体と同じ０．６ｍｍの保護基板厚を有するものも含まれる。
また、本明細書において、光情報記録媒体が同一の光束入射面側に複数の情報記録層を有する、いわゆる、多層ディスクである場合、「保護基板」には、上記の複数の情報記録層のうち、最も光束入射面に近い情報記録層の光束入射面側に形成された平行平板の他に、上記の複数の情報記録層間に形成された、中間層も含まれる。
また、本明細書において、「基板厚差補正手段」とは、情報を記録及び／または再生する光情報記録媒体を、異なる透明基板厚を有する光情報記録媒体に交換したときに（例えば、ＣＤからＤＶＤへの交換や、高密度ＤＶＤからＣＤへの交換等）、規格の異なる光情報記録媒体の保護基板厚の違いにより、情報記録面上でのスポットの波面収差の球面収差成分が変化して、０．０７λｒｍｓ（ただし、λは波長である）より大きくなってしまったのを、情報を記録及び／または再生できるように、その光情報記録媒体に対して情報の記録及び／または再生を行うのに必要な対物レンズの所定の像側開口数内で０．０７λｒｍｓ以下、より好ましくは、０．０５λｒｍｓ以下となるように、球面収差成分を補正することができる光学素子を指す。
また、本明細書において、「基板厚誤差補正手段」とは、ある特定の規格の光情報記録媒体において、光情報記録媒体の製造誤差により、保護基板の厚さが均一でなく、場所によって違いがあったり、製造メーカーや製造機器の違いにより、保護基板の厚さに、個体差があったりすることに起因して、球面収差が発生し、情報記録面上でのスポットの波面収差が、０．０７λｒｍｓ（ただし、λは波長である）より大きくなってしまったのを、情報を記録及び／または再生できるように、その光情報記録媒体に対して情報の記録及び／または再生を行うのに必要な対物レンズの所定の像側開口数内で０．０７λｒｍｓ以下、より好ましくは、０．０５λｒｍｓ以下となるように、球面収差成分を補正することができる光学素子を指す。
また、本明細書において、「色収差補正手段」とは、ある特定の規格の光情報記録媒体に対し情報の記録及び／または再生を行うのに使用する光源において、製造誤差や温度変化や湿度変化等の環境変化や、出力の変化等により、出射される光の波長の単色性が悪い場合に、対物レンズで発生する色収差を補正することのできる光学素子を指し、具体的には、前記光学素子が、光源と対物レンズとの間の光路中に配置されない場合の、±１ｎｍの波長変化に対する対物レンズのピント移動量をＡ、前記光学素子が、光源と対物レンズとの間の光路中に配置された場合の、同じ量の波長変化に対する対物レンズのピント移動量をＢとしたとき、
｜Ａ｜＞｜Ｂ｜
を満たすことのできる光学素子を指す。
また、本明細書において、光情報記録媒体の情報記録面上に「良好な波面を形成する」とは、波長をλとした場合に、波面収差が０．０７λ以下、より好ましくは、０．０５λ以下の状態で集光することを指す。
また、本明細書における「フレア」は以下のように定義される。第ｉ光情報記録媒体（ｉ＝１または２または３）に対し情報の記録及び／または再生を行う際の、波長をλｉ、対物レンズの像側開口数をＮＡｉとする。第ｊ光情報記録媒体（ｊ＝２または３）に対する情報の記録及び／または再生を行う際に、次の２つの条件のいずれか（より好ましくは両方）が満たされるときに、ＮＡｊより外側を通過し、第ｊ光情報記録媒体の情報記録面に到達した光束を「フレア」とする。
第１の条件は、ＮＡ１とλ１から決定される絞りすべてを通過した波長λｊの光束のうちＮＡｊより外側を通過する光束の情報記録面上における球面収差の最大値が１０μｍより大きく、かつ、ＮＡｊ内における球面収差が５μｍより小さい場合、である。
第２の条件は、ＮＡ１とλ１から決定される絞りすべてを通過した波長λｊの光束の情報記録面上における波面収差が０．０７λｊより大きく、かつ、ＮＡｊ以内で、情報記録面上における波面収差が０．０７λｊより小さい場合、である。
上記第１の条件及び／または第２の条件において、球面収差は、ＮＡｊにおいて連続していても良いし、ＮＡｊにおいて不連続であっても良い。
また、本明細書において、情報の記録および再生とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録すること、情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明の対物レンズ及び光ピックアップ装置及び集光光学系は、記録だけあるいは再生だけを行うために用いられるものであってもよいし、記録および再生の両方を行うために用いられるものであってもよい。また、ある光情報記録媒体に対しては記録を行い、別の光情報記録媒体に対しては再生を行うために用いられるものであってもよいし、ある光情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の光情報記録媒体に対しては記録および再生を行うために用いられるものであってもよい。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。
また、本明細書において、第１保護基板厚乃至第３保種基板厚のすべてがすべて同じ値である場合、すなわち、第１光情報記録媒体乃至第３光情報記録媒体のすべてが同じ厚さの保護基板を有している場合は、本発明の課題がなく、本発明の技術的範囲には属さないものとする。
本発明による光ピックアップ装置を概念的に示す図である。 本発明による別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。 本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。 本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。 本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。 本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。 本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。 本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。 第１の実施の形態による第１の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。 図９の第１の光ピックアップ装置に用いられる色収差補正用素子である多層回折素子の側断面図（ａ）及び多層回折素子の作用を説明するために波長と屈折率との関係を示す図（ｂ）である。 第１の実施の形態による第２の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。 第２の実施の形態による第３の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。 第２の実施の形態による第４の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。 第３の実施の形態による第５の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。 第３の実施の形態による第６の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。 第４の実施の形態による第７の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。 各実施の形態及び各実施例で用いることのできる開口切替手段として対物レンズに設けた輪帯フィルタを説明するための図である。 図１７の輪帯フィルタの作用を説明するための図である。 図１７の別の輪帯フィルタの作用を説明するための図である。 実施例１の対物レンズのλ1＝405nmにおける光路図である。 実施例１の対物レンズのλ2＝650nmにおける光路図である。 実施例１の対物レンズのλ3＝780nmにおける光路図である。 実施例１の対物レンズのλ1＝405nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。 実施例１の対物レンズのλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。 実施例１の対物レンズのλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。 実施例１の対物レンズのλ2＝650nmに対する別の球面収差図である。 実施例１の対物レンズのλ3＝780nmに対する別の球面収差図である。 実施例２の集光光学系のλ1＝405nmにおける光路図である。 実施例２の集光光学系の対物レンズのλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。 実施例２の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系のλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。 実施例２の集光光学系の対物レンズのλ2＝650nmにおける光路図である。 実施例２の集光光学系の対物レンズのλ3＝780nmにおける光路図である。 実施例２の集光光学系の対物レンズのλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。 実施例２の集光光学系の対物レンズのλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。 実施例３の集光光学系のλ1＝405nmにおける光路図である。 実施例３の集光光学系のλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。 実施例３の集光光学系のλ2＝650nmにおける光路図である。 実施例３の集光光学系のλ3＝780nmにおける光路図である。 実施例３の集光光学系のλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。 実施例３の集光光学系のλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。 実施例４の集光光学系のλ1＝405nmにおける光路図である。 実施例４の集光光学系のλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。 実施例４の集光光学系の対物レンズのλ2＝650nmにおける光路図である。 実施例４の集光光学系の対物レンズのλ3＝780nmにおける光路図である。 実施例４の集光光学系のλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。 実施例４の集光光学系のλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。 実施例５の集光光学系のλ1＝405nmにおける光路図である。 実施例５の集光光学系のλ2＝650nmにおける光路図である。 実施例５の集光光学系のλ3＝780nmにおける光路図である。 実施例５の集光光学系のλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。 実施例５の集光光学系のλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。 実施例５の集光光学系のλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。 実施例５の集光光学系においてλ1＝405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2＝650nmの光を入射させた場合の球面収差図である。 実施例６の集光光学系のλ1＝405nmにおける光路図である。 実施例６の集光光学系の対物レンズのλ1＝405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。 実施例６の集光光学系のλ2＝650nmにおける光路図である。 実施例６の集光光学系のλ3＝780nmにおける光路図である。 実施例６の集光光学系のλ2＝650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。 実施例６の集光光学系のλ3＝780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。 製造波長λB、回折次数１で最適化されたブレーズ構造で発生する波長４０５ｎｍの光の１次回折光と、波長６５０ｎｍの光の１次回折光と、波長７８０ｎｍの光の１次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。 ３４０ｎｍ≦λB≦４５０ｎｍを満足する製造波長λBと回折次数２で最適化されたブレーズ構造で発生する波長４０５ｎｍの光の２次回折光と、波長６５０ｎｍの光の１次回折光と、波長７８０ｎｍの光の１次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。 ３９０ｎｍ≦λB≦４４０ｎｍを満足する製造波長λBと回折次数６で最適化されたブレーズ構造で発生する 波長４０５ｎｍの光の６次回折光と、波長６５０ｎｍの光の４次回折光と、波長７８０ｎｍの光の３次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。 第３の実施の形態による第８の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。 第５の実施の形態による第９の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。 実施例７の対物レンズのλ1＝405nmにおける光路図である。 実施例７の対物レンズのλ2＝650nmにおける光路図である。 実施例７の対物レンズのλ3＝780nmにおける光路図である。 実施例７の対物レンズのλ1＝405nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。 実施例７の対物レンズのλ1＝405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2＝650nmの光を入射させた場合の球面収差図である。 実施例７の対物レンズのλ1＝405nmとNA2 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ3＝780nmの光を入射させた場合の球面収差図である。 実施例８の対物レンズのλ1＝405nmにおける光路図である。 実施例８の対物レンズのλ2＝650nmにおける光路図である。 実施例８の対物レンズのλ3＝780nmにおける光路図である。 実施例８の対物レンズのλ1＝405nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。 実施例８の対物レンズのλ1＝405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2＝650nmの光を入射させた場合の球面収差図である。 実施例８の対物レンズのλ1＝405nmとNA2 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ3＝780nmの光を入射させた場合の球面収差図である。 実施例９の対物レンズのλ1＝405nmにおける光路図である。 実施例９の対物レンズのλ2＝650nmにおける光路図である。 実施例９の対物レンズのλ3＝780nmにおける光路図である。 実施例９の対物レンズのλ1＝405nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。 実施例９の対物レンズのλ1＝405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2＝650nmの光を入射させた場合の球面収差図である。 実施例９の対物レンズのλ1＝405nmとNA2 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ3＝780nmの光を入射させた場合の球面収差図である。 実施例１０の対物レンズのλ1＝405nmにおける光路図である。 実施例１０の対物レンズのλ2＝655nmにおける光路図である。 実施例１０の対物レンズのλ3＝785nmにおける光路図である。 実施例１０の対物レンズのλ1＝405nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。 実施例１０の対物レンズのλ1＝405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2＝655nmの光を入射させた場合の球面収差図である。 実施例１０の対物レンズのλ3＝785nmに対する開口数0.45までの球面収差図である。 図１７に示す対物レンズに形成した輪帯状フィルタの反射率と波長依存性を表す図である。 ブレーズの理想形状を近似的に求めた場合の光軸方向の段差量Δｄを説明するための図である。 第６の実施の形態における対物レンズＯＢＪ１を示す概略図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は側面を一部拡大した図である。 図９１の対物レンズＯＢＪ１を使用した第６の実施の形態による光ピックアッフ装置ＰＵ１を示す概略図である。 第７の実施の形態における対物レンズＯＢＪ２を示す概略図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は側面を一部拡大した図である。 図９３の対物レンズＯＢＪ２を使用した第７の実施の形態による光ピックアッフ装置ＰＵ２を示す概略図である。 実施例１１における波長がそれぞれ４０５ｎｍ（Ａ）、６５０ｎｍ（Ｂ）、７８０ｎｍ（Ｃ）の場合の球面収差図（色収差図）である。 実施例１２における波長がそれぞれ４０５ｎｍ（Ａ）、６５０ｎｍ（Ｂ）、７８０ｎｍ（Ｃ）の場合の球面収差図（色収差図）である。 実施例１３における波長がそれぞれ４０５ｎｍ（Ａ）、６５０ｎｍ（Ｂ）、７８０ｎｍ（Ｃ）の場合の球面収差図（色収差図）である。 実施例１４における波長がそれぞれ４０５ｎｍ（Ａ）、６５０ｎｍ（Ｂ）、７８０ｎｍ（Ｃ）の場合の球面収差図（色収差図）である。 実施例１５における波長がそれぞれ４０８ｎｍ（Ａ）、６５８ｎｍ（Ｂ）、７８５ｎｍ（Ｃ）の場合の球面収差図（色収差図）である。
符号の説明
１ 第１光源
２ 第２光源
３ 第３光源
５ 色収差補正手段
６ 基板厚誤差補正手段
７ 基板厚差補正手段
８ 対物レンズ
１１ 第１の半導体レーザ
１２ 第２の半導体レーザ
１３ 第３の半導体レーザ
１４ 対物レンズ
１５，１７ 偏光ビームスプリッタ
１６ コリメータ
１８ 色収差補正用素子、多層回折素子
１９ 第１の半導体レーザ１１と第２の半導体レーザ１２の筐体
２０ 多層回折素子とコリメータとを一体化した素子
２１ １軸アクチュエータ
２２ ２軸アクチュエータ
２３ 屈折率分布可変素子
２５ａ、２５ｂ 一対の透明電極
２６ 液晶層
２７ 駆動電源
２９、３５ コリメータ
３１ 正レンズ
３２ 負レンズ
３３ ビームエキスパンダ
３４ 対物レンズ
４１ ＮＡ３内に対応する共通領域
４２ ＮＡ３からＮＡ２に対応する第１の周辺領域
４３ ＮＡ２からＮＡ１に対応する第２の周辺領域
９１ 第１の光ディスクの情報記録面
９２ 第２の光ディスクの情報記録面
９３ 第３の光ディスクの情報記録面

Claims (10)

  1. 波長λ１の第１光源からの第１光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ３＞ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、かつ、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置であって、
    前記第１光源と、前記第２光源と、前記第３光源と、前記対物レンズとを有し、
    前記対物レンズは単玉のレンズであり、
    前記第２光源と前記第３光源は同一の基板上に形成されており、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
    ｍ１＝０、
    ｍ２＜０、
    ｍ３＜０、
    但し、ｍ１は、前記第１光束における前記対物レンズの結像倍率を表し、ｍ２は、前記第２光束における前記対物レンズの結像倍率を表し、ｍ３は、前記第３光束における対物レンズの結像倍率を表す。
  2. 前記第２光源と前記第３光源は同一のケース内に収納されていることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
  3. 波長λ１の第１光源からの第１光束を用いて厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源からの第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源からの第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ３＞ｔ２）の第３保護基板を有する第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録を行い、かつ、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置であって、
    前記第１光源と、前記第２光源と、前記第３光源と、前記対物レンズとを有し、
    前記対物レンズは単玉のレンズであり、
    前記第２光源と前記第３光源は同一のケース内に収納されており、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
    ｍ１＝０、
    ｍ２＜０、
    ｍ３＜０、
    但し、ｍ１は、前記第１光束における前記対物レンズの結像倍率を表し、ｍ２は、前記第２光束における前記対物レンズの結像倍率を表し、ｍ３は、前記第３光束における対物レンズの結像倍率を表す。
  4. 前記対物レンズは、プラスチックレンズであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
  5. 前記対物レンズは、ガラスレンズであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
  6. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
    −０．２０＜ｍ２＜−０．０２
  7. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
    −０．２５＜ｍ３＜−０．０５
  8. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
    ３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ、
    ６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ、
    ７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍ
  9. 前記対物レンズの入射瞳面を、光軸近傍から外側に向かって順に、第１光束領域、第２光束領域、第３光束領域、の輪帯状の３つの光束領域に分割したとき、
    前記第１光束領域、前記第２光束領域、前記第３光束領域には、それぞれ前記回折構造が形成され、
    前記第１光束領域に入射した前記第１乃至第３光束は、それぞれ前記第１乃至第３光情報記録媒体の各情報記録面上に回折限界内となる状態で集光し、
    かつ、前記第２光束領域に入射した前記第１及び第２光束は、それぞれ前記第１及び第２光情報記録媒体の各情報記録面上に回折限界内となる状態で集光するが、前記第２光束領域に入射した前記第３光束は、前記第３光情報記録媒体の情報記録面上での集光に寄与せず、
    かつ、前記第３光束領域に入射した前記第１光束は、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に回折限界内となる状態で集光するが、前記第３光束領域に入射した前記第２及び第３光束は、それぞれ前記第２及び第３光情報記録媒体の各情報記録面上での集光に寄与しないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする、音声、及び／または、画像の記録装置、及び／または、音声、及び／または、画像の再生装置。
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