JP4736071B2 - 光ピックアップ装置及び対物光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、光ピックアップ装置及び対物光学素子に関し、特に異なる波長の光源を用いて異なる光情報記録媒体に対して適切に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置及びそれに用いる対物光学素子に関する。

近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録／再生を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４、７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２３〜２７ＧＢの情報の記録が可能であり、又、ＮＡ０．６５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＨＤ ＤＶＤ（以下、ＨＤという）では、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり１５〜２０ＧＢの情報の記録が可能である。尚、ＢＤでは、光ディスクの傾き（スキュー）に起因して発生するコマ収差が増大するため、ＤＶＤにおける場合よりも保護層を薄く設計し（ＤＶＤの０．６ｍｍに対して、０．１ｍｍ）、スキューによるコマ収差量を低減している。以下、本明細書では、このような光ディスクを「高密度光ディスク」と呼ぶ。

ところで、かかるタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダの製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤが販売されている現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生ができるだけでは足らず、例えばユーザが所有しているＤＶＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスクとＤＶＤの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。

高密度光ディスクとＤＶＤの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする方法として、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤ用の光学系とを情報を記録／再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に切り替える方法が考えられるが、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、またコストが増大する。

従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性を有する光ピックアップ装置においても、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物レンズを共通化し、更にこの対物レンズを単レンズ構成とすることが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に最も有利となる。尚、記録／再生波長が互いに異なる複数種類の光ディスクに対して共通な対物レンズとして、球面収差の波長依存性を有する回折構造をその表面に形成し、かかる回折構造の波長依存性を利用して、記録／再生波長や、保護層厚さの違いによる球面収差を補正する対物レンズが知られている。

ここで、特許文献１には、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行える単レンズ構成の対物レンズが開示されている。
特開２００６−１８５５７６号公報

ところで、特許文献１に開示された対物レンズは、対物レンズの中央領域と周辺領域とで、通過する光束において最も光量が高くなる回折光の次数を異ならせている。従って、スポットに寄与しない高次収差を高密度光ディスクとＤＶＤの双方で十分に低減できないという問題がある。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、波長がλ１であって厚みがｔ１である高密度光ディスクと、波長がλ２（λ１＜λ２）であって厚みがｔ２（ｔ１≦ｔ２）であるＤＶＤとの双方において十分に高次収差を低減でき、コンパクトでありながら、異なる種類の光情報記録媒体に対して良好に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置、及びそれに用いる対物光学素子を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光ピックアップ装置は、第１光源から出射される波長λ１の第１光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行い、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を有する第２光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行い、第３光源から出射される波長λ３（１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１）の第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行う光ピックアップ装置において、
単玉レンズからなる対物光学素子を備えるとともに、前記第１光束、第２光束及び第３光束の前記対物光学素子への入射光束倍率をそれぞれｍ１、ｍ２、ｍ３とした場合に、ｍ１、ｍ２、ｍ３は互いに略等しく、
前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含む中央領域と、該中央領域を囲む周辺領域との少なくとも２つの領域を有し、
前記中央領域は前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体の情報記録面の全てに対して集光スポット形成に用いられるとともに、前記周辺領域は前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体の情報記録面のうち、前記第１光情報記録媒体及び前記第２光情報記録媒体の情報記録面に対してのみ集光スポット形成に用いられ、
前記中央領域には、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにａ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｂ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第３光束が通過したときにｃ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第１中央基礎構造と、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにｘ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｙ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第３光束が通過したときにｚ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第２中央基礎構造と、の２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成され、
前記周辺領域には、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにａ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｂ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第１周辺基礎構造と、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにｘ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｙ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第２周辺基礎構造と、の２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成されており、
前記ａは、１、３、５のいずれかであり、前記ｘは、２、４、６のいずれかであることを特徴とする。

本発明によれば、前記中央領域を通過する光束と、前記周辺領域を通過する光束との間で、位相ズレが生じないので、第１光情報記録媒体と第２光情報記録媒体の双方において高次収差を低減することができ、いずれの光情報記録媒体の情報記録面に対しても良好な集光スポットを形成できる。また、第１、第２中央基礎構造も、第１、第２周辺基礎構造も共に、鋸歯状の構造とすることができるため、階段状やバイナリ状の構造を用いる場合に比して、光軸に対して斜めの面が多くなるため、光軸と平行な段差や、深い段差を減らすことが可能となり、光学素子を製造するための金型の加工が行いやすく、製造コストの低減が可能となる。さらに、形状の転写性を向上させることができるため、面ダレなどの製造誤差に伴う光量損失の問題も低減することが可能となる。

請求項２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、下記式（１）、（２）、（３）、
−０．０２ ＜ ｍ１ ＜ ０．０２ （１）
−０．０２ ＜ ｍ２ ＜ ０．０２ （２）
−０．０２ ＜ ｍ３ ＜ ０．０２ （３）
を満たすことを特徴とする。

請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１又は２に記載の発明において、以下の関係、
ａ＝３、ｂ＝２、ｃ＝２又は１
ｘ＝２、ｙ＝１、ｚ＝１
を満たすことを特徴とする。

請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１又は２に記載の発明において、以下の関係、
ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝１
ｘ＝２、ｙ＝１、ｚ＝１
を満たすことを特徴とする。

請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第１中央基礎構造と前記第２中央基礎構造との２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成された構造の平均ピッチが、前記第１周辺基礎構造と前記第２周辺基礎構造との２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成された構造の平均ピッチよりも大きいことを特徴とする。

請求項６に記載の対物光学素子は、第１光源から出射される波長λ１の第１光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行い、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を有する第２光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行い、第３光源から出射される波長λ３（１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１）の第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行う光ピックアップ装置で用いられる対物光学素子において、
前記対物光学素子は単玉レンズからなり
前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含む中央領域と、該中央領域を囲む周辺領域との少なくとも２つの領域を有し、
前記中央領域は前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体の情報記録面の全てに対して集光スポット形成に用いられるとともに、前記周辺領域は前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体の情報記録面のうち、前記第１光情報記録媒体及び前記第２光情報記録媒体の情報記録面に対してのみ集光スポット形成に用いられ、
前記中央領域には、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにａ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｂ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第３光束が通過したときにｃ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第１中央基礎構造と、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにｘ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｙ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第３光束が通過したときにｚ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第２中央基礎構造と、の２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成され、
前記周辺領域には、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにａ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｂ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第１周辺基礎構造と、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにｘ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｙ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第２周辺基礎構造と、の２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成されており、
前記ａは、１、３、５のいずれかであり、前記ｘは、２、４、６のいずれかであることを特徴とする。

請求項７に記載の対物光学素子は、請求項６に記載の発明において、前記第１光束、第２光束及び第３光束の前記対物光学素子への入射光束倍率をそれぞれｍ１、ｍ２、ｍ３とした場合に、ｍ１、ｍ２、ｍ３は互いに略等しい光ピックアップ装置で用いられることを特徴とする。

請求項８に記載の対物光学素子は、請求項７に記載の発明において、下記式（１）、（２）、（３）、
−０．０２ ＜ ｍ１ ＜ ０．０２ （１）
−０．０２ ＜ ｍ２ ＜ ０．０２ （２）
−０．０２ ＜ ｍ３ ＜ ０．０２ （３）
を満たすことを特徴とする。

請求項９に記載の対物光学素子は、請求項６〜８のいずれかに記載の発明において、以下の関係、
ａ＝３、ｂ＝２、ｃ＝２又は１
ｘ＝２、ｙ＝１、ｚ＝１
を満たすことを特徴とする。

請求項１０に記載の対物光学素子は、請求項６〜８のいずれかに記載の発明において、以下の関係、
ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝１
ｘ＝２、ｙ＝１、ｚ＝１
を満たすことを特徴とする。

請求項１１に記載の対物光学素子は、請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記第１中央基礎構造と前記第２中央基礎構造との２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成された構造の平均ピッチが、前記第１周辺基礎構造と前記第２周辺基礎構造との２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成された構造の平均ピッチよりも大きいことを特徴とする。

本発明の光ピックアップ装置は、第１光源、第２光源及び第３光源を有する。又、本発明の光ピックアップ装置は、第１光源からの第１光束を第１光ディスク（光情報記録媒体ともいう、以下同じ）の情報記録面上に集光させ、第２光源からの第２光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、第３光源からの第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物光学素子を含む集光光学系を有する。また、本発明の光ピックアップ装置は、第１光ディスク、第２光ディスク及び第３光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有する。

第１光ディスクは、厚さがｔ１の保護層と情報記録面とを有する。第２光ディスクは厚さがｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層と情報記録面とを有する。第３光ディスクは、厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層と情報記録面とを有する。第１光ディスクが高密度光ディスクであり、第２光ディスクが、ＤＶＤであることが好ましく、第３光ディスクがＣＤであることが好ましいが、これに限られるものではない。特に、第１光ディスクがＢＤ又はＨＤであることが好ましい。なお、第１光ディスク、第２光ディスク又は第３光ディスクは、複数の情報記録面を有する複数層の光ディスクでもよい。

本明細書においては、高密度光ディスクの例としては、ＮＡ０．８５の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ＢＤ：ブルーレイディスク）が挙げられる。また、他の高密度光ディスクの例としては、ＮＡ０．６５乃至０．６７の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ＨＤ ＤＶＤ：単にＨＤともいう）が挙げられる。また、高密度光ディスクには、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜（本明細書では、保護基板は保護膜も含むものとする）を有する光ディスクや、保護基板の厚さが０の光ディスクも含まれる。また、高密度光ディスクには、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザが用いられる光磁気ディスクも含まれるものとする。更に、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、本明細書においては、ＣＤとは、ＮＡ０．４５〜０．５１程度の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが１．２ｍｍ程度であるＣＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等を含む。尚、記録密度については、高密度光ディスクの記録密度が最も高く、次いでＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。

なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の条件式（１０）、（１１）、（１２）、
０．０７５０ｍｍ≦ｔ１≦０．１１２５ｍｍ 又は ０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ
（１０）
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ （１１）
０．９ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ （１２）
を満たすことが好ましいが、これに限られない。

第１光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物光学素子の像側開口数をＮＡ１とし、第２光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物光学素子の像側開口数をＮＡ２（ＮＡ１≧ＮＡ２）とし、第３光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物光学素子の像側開口数をＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）とする。ＮＡ１は、０．８以上、０．９以下であることか、又は、０．５５以上、０．７以下であることが好ましい。ＮＡ２は、０．５５以上、０．７以下であることが好ましい。また、ＮＡ３は、０．４以上、０．５５以下であることが好ましい。

第１光源は、波長λ１の第１光束を射出する。第２光源は、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を射出する。第３光源は、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を射出する。本明細書において、第１光源、第２光源は、好ましくはレーザ光源である。第３光源もレーザ光源として良い。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ、ＳＨＧレーザ等を用いることが出来る。尚、λ１、及びλ２は以下の条件式（１３）を満たすことが好ましい。又、λ３は以下の条件式（１４）を満たすことが好ましい。

１．５×λ１（ｎｍ）＜λ２＜１．７×λ１（ｎｍ） （１３）
１．９×λ１（ｎｍ）＜λ３＜２．１×λ１（ｎｍ） （１４）
また、第１光ディスク、第２光ディスク、第３光ディスクとして、それぞれ、ＢＤ又はＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤが用いられる場合、第１光源の第１波長λ１は好ましくは、３５０ｎｍ以上、４４０ｎｍ以下、より好ましくは、３８０ｎｍ以上、４１５ｎｍ以下であって、第２光源の第２波長λ２は好ましくは５７０ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下、より好ましくは６３０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下である。更に第３の光ディスクとして、ＣＤを用いる場合、第３光源の第３波長λ３は好ましくは、７５０ｎｍ以上、８８０ｎｍ以下、より好ましくは、７６０ｎｍ以上、８２０ｎｍ以下である。

また、第１光源と第２光源をユニット化してもよく、更に第３光源を用いる場合、これらに加えて第３光源もユニット化して良い。ユニット化とは、例えば第１光源と第２光源とが１パッケージに固定収納されているようなものをいうが、これに限られず、２つの光源が収差補正不能なように固定されている状態を広く含むものである。また、光源に加えて、後述する受光素子を１パッケージ化してもよい。

受光素子としては、フォトダイオードなどの光検出器が好ましく用いられる。光ディスクの情報記録面上で反射した光が受光素子へ入射し、その出力信号を用いて、各光ディスクに記録された情報の読み取り信号が得られる。さらに、受光素子上のスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて、合焦、トラッキングのために対物光学素子を移動させることが出来る。受光素子は、複数の光検出器からなっていてもよい。受光素子は、メインの光検出器とサブの光検出器を有していてもよい。例えば、情報の記録再生に用いられるメイン光を受光する光検出器の両脇に２つのサブの光検出器を設け、当該２つのサブの光検出器によってトラッキング調整用のサブ光を受光するような受光素子としてもよい。また、受光素子は各光源に対応した複数の受光部を有していてもよい。

集光光学系（又は後述する対物光学素子）は、第１光束を、厚さｔ１の保護基板を介して、第１光ディスクの情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことを可能とし、第２光束を、厚さｔ２の保護基板を介して、第２光ディスクの情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことを可能とし、第３光束を、厚さｔ３の保護基板を介して、第３光ディスクの情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことを可能とする。

光ピックアップ装置の集光光学系は、対物光学素子のみを有していても良いが、対物光学素子の他にコリメートレンズ等のカップリングレンズを有していてもよい。カップリングレンズとは、対物光学素子と光源の間に配置され、光束の発散角を変える単レンズ又はレンズ群のことをいう。更に集光光学系は、光源から射出された光束を、情報の記録再生に用いられるメイン光束と、トラッキング等に用いられる二つのサブ光束とに分割する回折光学素子などの光学素子を有していてもよい。本明細書において、対物光学素子とは、光ピックアップ装置に光ディスクを装填した状態において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学素子を指す。

対物光学素子がプラスチックから形成される場合、そのプラスチックとしては、一般的に光学材料に用いられるプラスチックであればいずれでもよいが、好ましくは、環状オレフィン系の樹脂材料である。また、波長４０５ｎｍに対する温度２５℃での屈折率が１．５４乃至１．６０の範囲内であって、−５℃から７０℃の温度範囲内での温度変化に伴う波長４０５ｎｍに対する屈折率変化率ｄＮ／ｄＴ（℃−１）が−２０×１０^−５乃至−５×１０^−５（より好ましくは、−１０×１０^−５乃至−８×１０^−５）の範囲内である樹脂材料を使用するのがより好ましい。また、対物光学素子をプラスチック製とする場合、カップリングレンズもプラスチックレンズとすることが好ましい。なお、対物光学素子は、ガラス製であってもよい。

対物光学素子は、単玉レンズからなり、対物光学素子の光学機能面は、光軸を含む中央領域と、中央領域を囲む周辺領域との少なくとも２つの領域を有する。また、周辺領域を囲む最外領域を有していてもよい。中央領域、周辺領域、最外領域は、同一の光学機能面上に、光軸を中心とする同心円状に設けられていることが好ましい。

中央領域は、第１光ディスク、第２光ディスク及び第３光ディスクの情報記録面の全てに対して集光スポット形成に用いられる。即ち、中央領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの情報記録面上で良好な集光スポットを形成し、中央領域を通過した第２光束は、第２光ディスクの情報記録面上で良好な集光スポットを形成し、中央領域を通過した第３光束は、第３光ディスクの情報記録面上で良好な集光スポットを形成する。

周辺領域は、第１光ディスク及び第２光ディスクの情報記録面のみに対して集光スポット形成に用いられる。即ち、周辺領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの情報記録面上で良好な集光スポットを形成し、周辺領域を通過した第２光束は、第２光ディスクの情報記録面上で良好な集光スポットを形成し、周辺領域を通過した第３光束は、第３光ディスクの情報記録面上ではフレアとなり、情報の記録再生には用いられない。

第１光ディスクがＨＤである場合、最外領域は、第２光ディスクの情報記録面のみに対して集光スポット形成に用いられることが好ましい。即ち、最外領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの情報記録面上ではフレアとなり、情報の記録再生には用いられず、最外領域を通過した第２光束は、第２光ディスクの情報記録面上で良好な集光スポットを形成し、最外領域を通過した第３光束は、第３光ディスクの情報記録面上ではフレアとなり、情報の記録再生には用いられないことが好ましい。

一方、第１光ディスクがＢＤである場合、最外領域は、第１光ディスクの情報記録面のみに対して集光スポット形成に用いられることが好ましい。即ち、最外領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの情報記録面上で良好な集光スポットを形成し、最外領域を通過した第２光束は、第２光ディスクの情報記録面上ではフレアとなり、情報の記録再生には用いられず、最外領域を通過した第３光束は、第３光ディスクの情報記録面上ではフレアとなり、情報の記録再生には用いられないことが好ましい。

中央領域及び周辺領域は、段差で区切られた輪帯状の構造を有する光路差付与構造を有する。本明細書でいう光路差付与構造は、入射光束に対して光路差を付加する構造の総称である。一般に、光路差付与構造には、位相差を付与する位相差付与構造も含まれる。また、位相差付与構造には回折構造が含まれる。好ましくは、光路差付与構造が回折構造であることである。光路差付与構造は、段差を有し、好ましくは段差を複数有する。この段差により入射光束に光路差及び／又は位相差が付加される。

本発明は、光路差付与構造の新たな組合せにより、３つの異なる光情報記録媒体に対して倍率をほぼ等しくしたとしても、適切に情報の記録及び／又は再生を行うものである。すなわち、従来用いられてきた回折構造等の光路差付与構造の欠点を補うため、他の光路差付与構造を用いてさらに補正を行うことにより、課題を解決しようとしている。

まず、対物光学素子の光学機能面におけるベース非球面のみでは、いずれの光情報記録媒体に対しても収差のない集光スポットの形成はできず、２つの光路差付与構造との組合せによって収差が補正されるようになっている。

中央領域の光路差付与構造は、第１中央基礎構造と、第２中央基礎構造とを重ね合わせた構造となっている。第１中央基礎構造は、段差で区切られた輪帯状の構造であって、第１光束が通過したときにａ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第２光束が通過したときにｂ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第３光束が通過したときにｃ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなる構造である。尚、ａは奇数である。好ましくは、ａは１、３、５のいずれかである。次に、第２中央基礎構造は、段差で区切られた輪帯状の構造であって、第１光束が通過したときにｘ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第２光束が通過したときにｙ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第３光束が通過したときにｚ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなる構造である。尚、ｘは偶数である。好ましくは、ｘは２、４、６のいずれかである。

第１中央基礎構造は、ベース非球面により屈折される第１光束及び第３光束に対しては適正に補正を行うように設計されている。更に、第３の波長が第１の波長の偶数倍に近い場合、第１光束と第３光束に対して作用を異ならせるために、第１中央基礎構造は、隣り合う輪帯を通過した第１光束に対して波長λ１の奇数倍相当の光路差を付与するようにする。すると、波長差に基づいて、第３光束は半波長分ずれた光路差を与えられることになり、第１光束及び第３光束に対する光学作用を異ならせる事が出来るので、保護層の厚さが異なることに起因する球面収差をそれぞれ適切に補正できる。

ところが、このように第１中央基礎構造を設計すると、第２光束に対しては対物光学素子自体が有する屈折力と第１中央基礎構造との組合せにおいて、良好な集光スポット形成はできなくなる恐れがある。そこで、第２中央基礎構造に、かかる過剰分又は不足分をキャンセルする作用を担持させ、いずれの光情報記録媒体に対しても適切に情報の記録及び／又は再生を行えるようにする必要がある。

第２中央基礎構造については、隣り合う輪帯を通過した第１光束に対して波長λ１の偶数倍相当の光路差を付与するようにし、それにより第１光束は波面の位相に変化を生じないようにできる。更に、第３光束が、第１光束のほぼ偶数倍の波長であるときは、整数倍の光路差を付与されることとなり、同様に波面の位相に変化を生じないこととなる。こうすることにより、第１光束、第２光束及び第３光束は、対物光学素子の屈折作用、第１中央基礎構造の作用、第２中央基礎構造の作用の３つの組み合わせにより、各光情報記録媒体において良好な集光スポットを形成できる。なお、偶数倍相当とは、ｎを自然数とした場合、（２ｎ−０．１）×λ１以上、（２ｎ＋０．１）×λ１以下の範囲をいう。また奇数倍相当とは、ｎを自然数とした場合、｛（２ｎ−１）−０．１｝×λ１以上、｛（２ｎ−１）＋０．１｝×λ１以下の範囲をいう。

次に、周辺領域の光路差付与構造は、第１周辺基礎構造と、第２周辺基礎構造とを重ね合わせた構造となっている。第１周辺基礎構造は、段差で区切られた輪帯状の構造であって、第１光束が通過したときにａ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第２光束が通過したときにｂ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなる構造である。尚、第１中央基礎構造におけるａ，ｂと、第１周辺基礎構造におけるａ，ｂとは同じ値である。また、第２周辺基礎構造は、段差で区切られた輪帯状の構造であって、第１光束が通過したときにｘ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第２光束が通過したときにｙ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなる構造である。尚、第２中央基礎構造におけるｘ、ｙと、第２周辺基礎構造におけるｘ、ｙとは同じ値である。

中央領域と周辺領域とで、ａ，ｂ及びｘ、ｙの値を同じにする事により、第１光ディスクと第２光ディスクの双方の記録再生時に、中央領域と周辺領域の境界で、位相ずれが発生することを防止でき、それによって高次収差が発生する事を防止することができる。この高次収差が発生してしまうと、倍率を変えることのみでは補正できないため、対物レンズやコリメータを光軸方向に動かすことのみで補正する事が困難である。従って、高次収差を補正するためには液晶などの装置が必要となり、ピックアップの構成が複雑となり、コストも高額化する。高次収差の発生を防止することで、ピックアップの構成をシンプルにでき、コストを低減させることが可能となる。

第１周辺基礎構造は、隣り合う輪帯を通過した第１光束に対して波長λ１の奇数倍相当の光路差を付与する。また、第２周辺基礎構造は、隣り合う輪帯を通過した第１光束に対して波長λ１の偶数倍相当の光路差を付与する。

ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚの値の好ましい一例としては、ａ＝３、ｂ＝２、ｃ＝２又は１であり、ｘ＝２、ｙ＝１、ｚ＝１であることが挙げられる。

上述の値を満たす場合、中央領域と周辺領域の輪帯構造の隣り合うもの同士の段差は、（４）、（５）、（６）式を満たすｄ１（μｍ）、ｄ２（μｍ）、ｄ３（μｍ）のうち少なくとも２種類の光軸方向長さを有することが好ましい。
１．６ ＜ │ｄ１［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ ２．４ （４）
２．６ ＜ │ｄ２［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ ３．４ （５）
４．６ ＜ │ｄ３［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ ５．４ （６）
但し
ｎ：対物レンズの波長λ１（μｍ）の光束についての屈折率
θ：対物レンズの光学面の段差における母非球面の面角度
尚、母非球面の面角度とは、図４に示すように、破線で示す段差が存在する位置における母非球面（実線で示す各段差の頂点を結んだ包絡面）の接線の法線と光軸とのなす角度（図示θ）を指すものとする。

より好ましくは、以下の（４’）、（５’）、（６’）式、
１．８ ＜ │ｄ１［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ ２．２ （４’）
２．９ ＜ │ｄ２［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ ３．３ （５’）
４．８ ＜ │ｄ３［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ ５．２ （６’）
を満たすｄ１（μｍ）、ｄ２（μｍ）、ｄ３（μｍ）のうち少なくとも２種類の光軸方向長さを有することである。

ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚの値の好ましい他の例としては、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝１であり、ｘ＝２、ｙ＝１、ｚ＝１であることが挙げられる。

上述の値を満たす場合、中央領域と周辺領域の輪帯構造の隣り合うもの同士の段差は、以下の（７）、（８）、（９）式、
０．７ ＜ │ｄ１［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ １．５ （７）
１．６ ＜ │ｄ２［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ ２．４ （８）
２．６ ＜ │ｄ３［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ ３．４ （９）
を満たすｄ１（μｍ）、ｄ２（μｍ）、ｄ３（μｍ）のうち少なくとも２種類の光軸方向長さを有することが好ましい。

より好ましくは、以下の（７’）、（８’）、（９’）式、
０．９ ＜ │ｄ１［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ １．３ （７’）
１．８ ＜ │ｄ２［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ ２．２ （８’）
２．８ ＜ │ｄ３［１−ｎ・ｃｏｓ｛θ−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ／ｎ）｝］／λ１│
＜ ３．２ （９’）
を満たすｄ１（μｍ）、ｄ２（μｍ）、ｄ３（μｍ）のうち少なくとも２種類の光軸方向長さを有することである。

さらに、中央領域と周辺領域とで、ａ、ｂ及びｘ、ｙの値は同じであるが、中央領域における屈折パワーと第１中央基礎構造、第２中央基礎構造の回折パワーを合わせたトータルのパワーと周辺領域における屈折パワーと第１周辺基礎構造、第２周辺基礎構造の回折パワーを合わせたトータルのパワーは、第１光束及び第２光束に対しては同じであるが、第１中央基礎構造及び第２中央基礎構造、第１周辺基礎構造及び第２周辺基礎構造でそれぞれの回折パワーのバランスを異ならせることにより、周辺領域を通過した第３光束を第３光ディスクの情報記録面上でフレアとする事が可能となる。なお、ここでいうパワーとは、光線や波面を曲げる力のことをいう。中央領域のパワーが周辺領域のパワーより小さい事が好ましい。従って、中央領域における第１中央基礎構造と第２中央基礎構造とが重ねあわされて形成された構造の平均ピッチが、第１周辺基礎構造と第２周辺基礎構造とが重ねあわされて形成された構造の平均ピッチよりも大きいことが好ましい。尚、平均ピッチとは、中央領域においての平均ピッチはｈ１／Ｍ１で表され、周辺領域における平均ピッチはｈ２／Ｍ２で表される。Ｍ１は、中央領域における第１中央基礎構造と第２中央基礎構造とが重ねあわされて形成された構造の全輪帯数であり、Ｍ２は周辺領域における第１周辺基礎構造と第２周辺基礎構造とが重ねあわされて形成された構造の全輪帯数である。ｈ１は、中央領域の最外周の光軸から光軸直交方向の高さを表し、ｈ２は、周辺領域の最内周と最外周の間の光軸直交方向の距離を表す。

また、中央領域の最も外側の輪帯のピッチの大きさが、周辺領域の最も内側の輪帯のピッチの大きさよりも小さい事が好ましい。このような構成によって、フレアをより遠くに飛ばす事が可能となり、不要光が記録再生に悪影響を及ぼすことをより確実に防止できる。尚、ここでいうピッチとは、一つの輪帯の光軸直交方向の長さ（幅）を言う。

また、第１中央基礎構造と第１周辺基礎構造とでは、ａ、ｂの値が等しく、第１光束と第２光束において発生する回折次数が等しいが、第１中央基礎構造と第１周辺基礎構造とではその役割が異なることが好ましい。具体的には、第１中央基礎構造は、第３光束のｃの次数の回折光を用いて第３光情報記録媒体に対する互換を可能とする構造である。それに対して、第１周辺基礎構造は、波長特性の位相ずれ、特に第２光情報記録媒体の使用時における位相ずれを防止することが好ましい。

また、最外領域も、光路差付与構造を有することが好ましい。最外領域の光路差付与構造は、第１最外基礎構造のみからなる事が好ましい。第１最外基礎構造は、段差で区切られた輪帯状の構造であって、第２光束が通過したときにｄ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなる構造である。ｄとしては任意の整数を選択することができる。尚、最外領域は、屈折面としてもよい。

尚、第１中央基礎構造と、第２中央基礎構造と、第１周辺基礎構造と、第２周辺基礎構造は、全て、鋸歯状回折構造であり、結果として、中央領域の光路差付与構造も、周辺領域の光路差付与構造も、鋸歯状回折構造であることが好ましい。鋸歯状回折構造とは、図２に示すように、輪帯構造の段差面が全て同一方向（図２の場合は光軸を向いている方向）を向いている構造をいう。尚、図２のΔが、段差の光軸方向長さである。

また、中央領域の光路差付与構造と、周辺領域の光路差付与構造は、折り返し構造を有する構造でないことが好ましい。折り返し構造を有する構造とは、図３に示すような構造であり、この例では、輪帯ＳＴ０を挟んで光軸側と有効径側とで段差の向きが入れ替わっている。別の表現をすれば、光軸直交方向の所定の高さまでは、深さが深くなるように段差が設けられており、所定の高さを越えた後は、深さが浅くなる様に段差が設けられている、ともいえる。

中央領域の光路差付与構造と、周辺領域の光路差付与構造は、対物光学素子の光源側の光学機能面（一般的に曲率が大きい方の光学機能面）に設けられていることが好ましい。

更に、第１光束、第２光束及び第３光束の対物光学素子への入射光束倍率ｍ１、ｍ２、ｍ３は、互いに略等しい。ｍ１、ｍ２、ｍ３が略等しいとは、２つの値の差の絶対値が０．０１以下である事をいう。

更に、第１光束、第２光束及び第３光束の前記対物光学素子への入射光束倍率ｍ１、ｍ２、ｍ３が、それぞれ以下の関係式（１）、（２）、（３）、
−０．０２ ＜ ｍ１ ＜ ０．０２ （１）
−０．０２ ＜ ｍ２ ＜ ０．０２ （２）
−０．０２ ＜ ｍ３ ＜ ０．０２ （３）
を満たすようにすれば、対物光学素子には無限平行光又は略無限平行光が入射することが可能となり、対物光学素子のトラッキング動作時に、コマ収差の発生を抑制できるなど、光ピックアップとして取扱いが良く、特に書き込み系や高速タイプの情報記録再生装置に好ましく用いることができる。

本発明に係る光情報記録再生装置は、上述の光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブ装置を有する。ここで、光情報記録再生装置に装備される光ディスクドライブ装置に関して説明すると、光ディスクドライブ装置には、光ピックアップ装置等を収納している光情報記録再生装置本体から光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイのみが外部に取り出される方式と、光ピックアップ装置等が収納されている光ディスクドライブ装置本体毎、外部に取り出される方式とがある。

上述した各方式を用いる光情報記録再生装置には、概ね、次の構成部材が装備されているがこれに限られるものではない。ハウジング等に収納された光ピックアップ装置、光ピックアップ装置をハウジングごと光ディスクの内周あるいは外周に向けて移動させるシークモータ等の光ピックアップ装置の駆動源、光ピックアップ装置のハウジングを光ディスクの内周あるいは外周に向けてガイドするガイドレールなどを有した光ピックアップ装置の移送手段及び、光ディスクの回転駆動を行うスピンドルモータ等である。

前者の方式には、これら各構成部材の他に、光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイおよびトレイを摺動させるためのローディング機構等が設けられ、後者の方式にはトレイおよびローディング機構がなく、各構成部材が外部に引き出し可能なシャーシに相当するドロワーに設けられていることが好ましい。

本発明によれば、コンパクトでありながら、異なる種類の高密度光ディスクに対して、適切に情報の記録及び／又は再生が可能である光ピックアップ装置を提供することができる。

本実施の形態の光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。 鋸歯状の輪帯構造を有する対物レンズを示す概略図である。 本実施の形態の対物光学素子４を示す概略図である。 母非球面の面角度を説明する説明図である。

符号の説明

ＡＣ ２軸アクチュエータ
ＰＰＳ ダイクロイックプリズム
ＣＬ コリメートレンズ
ＬＤ１ 青紫色半導体レーザ
ＬＭ レーザモジュール
ＯＢＪ 対物光学素子
ＰＬ１ 保護層
ＰＬ２ 保護層
ＰＬ３ 保護層
ＰＵ１ 光ピックアップ装置
ＲＬ１ 情報記録面
ＲＬ２ 情報記録面
ＲＬ３ 情報記録面
ＳＴ 絞り

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、異なる光情報記録媒体（光ディスクともいう）であるＨＤ ＤＶＤ（又はＢＤ）とＤＶＤとＣＤとに対して適切に情報の記録／再生を行える本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ１は、光情報記録再生装置に搭載できる。ここでは、第１光情報記録媒体をＨＤとし、第２光情報記録媒体をＤＶＤとし、第３光情報記録媒体をＣＤとする。なお、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６８０ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２半導体レーザＥＰ１（第２光源）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７５０ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３半導体レーザＥＰ２（第３光源）と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第２の受光部ＤＳ２と、プリズムＰＳとから構成されたレーザモジュールＬＭを有している。

本実施の形態の対物光学素子ＯＢＪにおいて、光源側の非球面光学面に光軸を含む中央領域と、その周囲に配置された周辺領域と、更にその周囲に配置された最外領域とを形成しており、また中央領域には、第１中央基礎構造と第２中央基礎構造とが重畳されて形成され、周辺領域には、第１周辺基礎構造と第２周辺基礎構造とが重畳されて形成されている。第１中央基礎構造は、断面が鋸歯状の輪帯構造からなり、隣り合う輪帯を通過した光束に対して波長λ１の奇数倍相当の光路差を付与するとともに、第１光束が通過したときに３（又は１）次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第２光束が通過したときに２（又は１）次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第３光束が通過したときに２又は１（又は１）次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるようにしている。又、第２中央基礎構造は、第１光束が通過したときに２次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第２光束が通過したときに１次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第３光束が通過したときに１次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるようにしている。

第１周辺基礎構造は、第１光束が通過したときに３（又は１）次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第２光束が通過したときに２（又は１）次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるようにしている。又、第２周辺基礎構造は、第１光束が通過したときに２次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、第２光束が通過したときに１次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるようにしている。

また、中央領域の第１中央基礎構造と第２中央基礎構造を重畳させてなる光路差付与構造の平均ピッチは、周辺領域の第１周辺基礎構造と第２周辺基礎構造を重畳させてなる光路差付与構造の平均ピッチより大きい。

最外領域には、鋸歯状の輪帯構造が形成されており、かかる輪帯構造は、第２光束が通過したときに３次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるようにしている。

青紫色半導体レーザＬＤ１から出射された波長λ１の光束が平行光束で対物光学素子ＯＢＪに入射したときに、保護層の厚さｔ１のＨＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる。又、赤色半導体レーザＥＰ１から出射された波長λ２の光束が平行光束で対物光学素子ＯＢＪに入射したときに、保護層の厚さｔ２のＤＶＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる。更に、赤外半導体レーザＥＰ２から出射された波長λ３の光束が平行光束で対物光学素子ＯＢＪに入射したときに、保護層の厚さｔ３のＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる。

青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された第１波長４０８ｎｍの発散光束は、ダイクロイックプリズムＰＰＳを透過し、コリメートレンズＣＬにより平行光束とされた後、図示しないλ／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、対物光学素子ＯＢＪに入射する。ここで対物光学素子ＯＢＪの中央領域と周辺領域により集光された（それ以外を通過した光束はフレア化する）光束は、厚さ０．６ｍｍの保護層ＰＬ１を介して、ＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。

情報記録面ＲＬ１上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子ＯＢＪを透過した後、図示しないλ／４波長板により円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、ダイクロイックプリズムＰＰＳを透過した後、第１の光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、第１の光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて、２軸アクチュエータＡＣにより対物光学素子ＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＨＤに記録された情報を読みとることができる。

赤色半導体レーザＥＰ１から射出された６６０ｎｍの発散光束は、プリズムＰＳで反射された後、ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射され、コリメートレンズＣＬにより平行光束とされた後、図示しないλ／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、絞りＳＴによりその光束径が規制され、対物光学素子ＯＢＪに入射する。ここで、対物光学素子ＯＢＪの中央領域と周辺領域及び最外領域により集光された光束は、厚さ０．６ｍｍの保護層ＰＬ２を介して、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。

情報記録面ＲＬ２上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、図示しないλ／４波長板により円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射された後、その後、プリズム内で２回反射された後、第１の受光部ＤＳ１に収束する。そして、第１の受光部ＤＳ１の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。

赤外半導体レーザＥＰ２から射出された７８５ｎｍの発散光束は、プリズムＰＳで反射された後、ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射され、コリメートレンズＣＬにより平行光束とされた後、図示しないλ／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、対物光学素子ＯＢＪに入射する。対物光学素子ＯＢＪの中央領域のみにより集光された（それ以外を通過した光束はフレア化する）により集光された光束は、厚さ１．２ｍｍの保護層ＰＬ３を介して、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。

情報記録面ＲＬ３上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、図示しないλ／４波長板により円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射された後、その後、プリズム内で２回反射された後、第２の受光部ＤＳ２に収束する。そして、第２の受光部ＤＳ２の出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。

（実施例１）
次に、上述の実施の形態に用いることができる実施例について説明する。実施例１において、単玉の対物光学素子の光学面の中央領域には、第１光路差付与構造が第１中央基礎構造と第２中央基礎構造とを重畳して形成され、周辺領域には、第２光路差付与構造が第１周辺基礎構造と第２周辺基礎構造とを重畳して形成されている。最外領域には、第１最外基礎構造が形成されている。表１に実施例１のレンズデータを示す。表１中のｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸方向の位置、ｎｉは各面の屈折率を表している。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０^−３）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表すものとする。また、第２−１面が、中央領域であり、第２−２面が周辺領域であり、第２−３面が最外領域である。

尚、対物光学素子の光学面は、以下の数１式に表１に示す係数をそれぞれ代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。また、第１光路差付与構造と第２光路差付与構造とにより各波長の光束に対して与えられる光路長は、以下の数２式の光路差関数に、表１に示す係数を代入した数式で規定される。

（数１）
ｚ＝（ｙ^２／γ）／［１＋√｛１−（κ＋１）（ｙ／γ）^２｝］＋Ａ_４ｙ^４＋Ａ_６ｙ^６
＋Ａ_８ｙ^８＋Ａ_１０ｙ^１０＋Ａ_１２ｙ^１２＋Ａ_１４ｙ^１４＋Ａ_１６ｙ^１６＋Ａ_１８ｙ^１８＋Ａ_２０ｙ^２０
但し、
ｚ：非球面形状（非球面の面頂上に接する平面から光軸に沿った方向の距離）
ｙ：光軸からの距離
γ：曲率半径
κ：コーニック係数
Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０、Ａ_１２、Ａ_１４、Ａ_１６、Ａ_１８、Ａ_２０：非球面係数
（数２）
φ＝ｄｏｒ×λ／λ_Ｂ×（Ｃ_２ｙ^２＋Ｃ_４ｙ^４＋Ｃ_６ｙ^６＋Ｃ_８ｙ^８＋Ｃ_１０ｙ^１０＋Ｃ_１２ｙ^１２）
但し、
φ：光路差関数
λ：回折構造に入射する光束の波長
λ_Ｂ：ブレーズ化波長
ｄｏｒ：光ディスクに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数
ｙ：光軸からの距離
Ｃ_２、Ｃ_４、Ｃ_６、Ｃ_８、Ｃ_１０、Ｃ_１２：光路差関数係数
なお、数１式及び数２式については、以下の実施例２においても同様である。

（実施例２）
実施例２において、単玉の対物光学素子の光学面の中央領域には、第１光路差付与構造が第１中央基礎構造と第２中央基礎構造とを重畳して形成され、周辺領域には、第２光路差付与構造が第１周辺基礎構造と第２周辺基礎構造とを重畳して形成されている。最外領域には第１最外基礎構造が形成されている。表２に実施例２のレンズデータを示す。また、第２−１面が、中央領域であり、第２−２面が周辺領域であり、第２−３面が最外領域である。

各実施例について、請求の範囲に示す値を表３にまとめて示す。

Claims (11)

1. 第１光源から出射される波長λ１の第１光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行い、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を有する第２光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行い、第３光源から出射される波長λ３（１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１）の第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行う光ピックアップ装置において、
   単玉レンズからなる対物光学素子を備えるとともに、前記第１光束、第２光束及び第３光束の前記対物光学素子への入射光束倍率をそれぞれｍ１、ｍ２、ｍ３とした場合に、ｍ１、ｍ２、ｍ３は互いに略等しく、
   前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含む中央領域と、該中央領域を囲む周辺領域との少なくとも２つの領域を有し、
   前記中央領域は前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体の情報記録面の全てに対して集光スポット形成に用いられるとともに、前記周辺領域は前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体の情報記録面のうち、前記第１光情報記録媒体及び前記第２光情報記録媒体の情報記録面に対してのみ集光スポット形成に用いられ、
   前記中央領域には、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにａ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｂ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第３光束が通過したときにｃ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第１中央基礎構造と、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにｘ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｙ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第３光束が通過したときにｚ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第２中央基礎構造と、の２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成され、
   前記周辺領域には、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにａ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｂ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第１周辺基礎構造と、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにｘ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｙ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第２周辺基礎構造と、の２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成されており、
   前記ａは、１、３、５のいずれかであり、前記ｘは、２、４、６のいずれかであることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 下記式（１）、（２）、（３）を満たす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。
   −０．０２ ＜ ｍ１ ＜ ０．０２ （１）
   −０．０２ ＜ ｍ２ ＜ ０．０２ （２）
   −０．０２ ＜ ｍ３ ＜ ０．０２ （３）
3. 以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
   ａ＝３、ｂ＝２、ｃ＝２又は１
   ｘ＝２、ｙ＝１、ｚ＝１
4. 以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
   ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝１
   ｘ＝２、ｙ＝１、ｚ＝１
5. 前記第１中央基礎構造と前記第２中央基礎構造との２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成された構造の平均ピッチが、前記第１周辺基礎構造と前記第２周辺基礎構造との２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成された構造の平均ピッチよりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
6. 第１光源から出射される波長λ１の第１光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行い、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を有する第２光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行い、第３光源から出射される波長λ３（１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１）の第３光束を用いて厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行う光ピックアップ装置で用いられる対物光学素子において、
   前記対物光学素子は単玉レンズからなり
   前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含む中央領域と、該中央領域を囲む周辺領域との少なくとも２つの領域を有し、
   前記中央領域は前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体の情報記録面の全てに対して集光スポット形成に用いられるとともに、前記周辺領域は前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体の情報記録面のうち、前記第１光情報記録媒体及び前記第２光情報記録媒体の情報記録面に対してのみ集光スポット形成に用いられ、
   前記中央領域には、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにａ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｂ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第３光束が通過したときにｃ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第１中央基礎構造と、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにｘ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｙ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第３光束が通過したときにｚ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第２中央基礎構造と、の２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成され、
   前記周辺領域には、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにａ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｂ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第１周辺基礎構造と、段差で区切られた輪帯状の構造であって、前記第１光束が通過したときにｘ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなり、前記第２光束が通過したときにｙ次回折光の光強度が他の次数の回折光の光強度よりも高くなるような第２周辺基礎構造と、の２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成されており、
   前記ａは、１、３、５のいずれかであり、前記ｘは、２、４、６のいずれかであることを特徴とする対物光学素子。
7. 前記第１光束、第２光束及び第３光束の前記対物光学素子への入射光束倍率をそれぞれｍ１、ｍ２、ｍ３とした場合に、ｍ１、ｍ２、ｍ３は互いに略等しい光ピックアップ装置で用いられることを特徴とする請求項６に記載の対物光学素子。
8. 下記式（１）、（２）、（３）を満たすことを特徴とする請求項７に記載の対物光学素子。
   −０．０２ ＜ ｍ１ ＜ ０．０２ （１）
   −０．０２ ＜ ｍ２ ＜ ０．０２ （２）
   −０．０２ ＜ ｍ３ ＜ ０．０２ （３）
9. 以下の関係を満たすことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の対物光学素子。
   ａ＝３、ｂ＝２、ｃ＝２又は１
   ｘ＝２、ｙ＝１、ｚ＝１
10. 以下の関係を満たすことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の対物光学素子。
    ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝１
    ｘ＝２、ｙ＝１、ｚ＝１
11. 前記第１中央基礎構造と前記第２中央基礎構造との２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成された構造の平均ピッチが、前記第１周辺基礎構造と前記第２周辺基礎構造との２つの基礎構造のみが重ね合わされて形成された構造の平均ピッチよりも大きいことを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の対物光学素子。