JP5002118B2 - 光ピックアップ装置用の光学素子、及び光ピックアップ装置 - Google Patents

光ピックアップ装置用の光学素子、及び光ピックアップ装置 Download PDF

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Description

本発明は、光ピックアップ装置用の光学素子、及びこの光学素子を用いた光ピックアップ装置に関する。
近年、光ピックアップ装置において、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディスクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進み、例えば、青紫色半導体レーザや、第２高調波発生を利用して赤外半導体レーザの波長変換を行う青紫色ＳＨＧレーザ等の波長４０５nmのレーザ光源が実用化されつつある。
これら青紫色レーザ光源を使用すると、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）と同じ開口数（ＮＡ）の対物レンズを使用する場合で、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１５〜２０ＧＢの情報の記録が可能となり、対物レンズのＮＡを０．８５にまで高めた場合には、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、２３〜２５ＧＢの情報の記録が可能となる。以下、本明細書では、青紫色レーザ光源を使用する光ディスク及び光磁気ディスクを総称して「高密度光ディスク」という。
尚、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用する高密度光ディスクでは、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）、スキューに対するコマ収差量を低減している。
ところで、このような高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ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やＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生ができるだけでは足らず、例えばユーザが所有しているＤＶＤやＣＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ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、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。
高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする方法として、高密度光ディスク用の光学部品とＤＶＤやＣＤ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やＣＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。
かかる、記録密度が互いに異なる複数種類の光ディスクに対して共通に使用可能な光学系用の対物光学系として、特許文献１及び２に記載されているような、レンズ表面に、光軸を中心とする輪帯構造を設け、それぞれの輪帯内に複数の凹凸構造を形成する技術が知られている。
特開平９−３０６０１８号公報 特開２００２−２７７７３２号公報
上記２つの特許文献に記載されている技術は、輪帯内に形成した凹凸構造の段差の深さを、ＤＶＤの記録／再生波長λ１と、ＣＤの記録／再生波長λ２のいずれか一方の波長（例えばλ１）に対して、隣接する凹凸構造同士で実質的に位相差が付加されないような深さにすることで、凹凸構造により、他方の波長（例えばλ２）にのみ位相差が与えられるようにしている。
更に、各輪帯内に形成する凹凸構造の数を、波長λ２の光束が輪帯構造を透過する際に、隣接する輪帯構造同士で波長の整数倍の位相差が与えられるので、輪帯構造により波長λ２の光束のみが回折される。このときの各輪帯内に形成する凹凸構造は、更に、波長λ１と波長λ２とに対する透過率（回折効率）が共に大きく確保されるように設定される。
特許文献１に記載の対物光学系では、波長λ２の光束が輪帯構造により回折される際に、ＤＶＤとＣＤとの保護層厚さの違いに起因して発生する球面収差を相殺するように、波長λ２の光束を発散光束として射出し、特許文献２の対物光学系では、波長λ２の光束が輪帯構造により回折される際に、ＤＶＤとＣＤとの保護層厚さの違いに起因して発生する球面収差を相殺するような球面収差を波長λ２の光束に付加するので、共通の対物光学系でＤＶＤとＣＤとに対して情報の記録／再生が可能となる。
特許文献１及び２に開示された技術はいずれも、ＤＶＤとＣＤの２種類の光ディスク間での互換を実現するものであり、高密度光ディスクの記録／再生波長（４００ｎｍ近傍）と、ＤＶＤの記録／再生波長（６５０ｎｍ近傍）とに対して、高密度光ディスクとＤＶＤ間での保護層厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正し、且つ両方の波長に対して高い透過率（回折効率）を確保するための、最適な輪帯構造（例えば、各輪帯内に形成する凹凸構造の数）に関する開示がないため、高密度光ディスクとＤＶＤとの互換を実現するために、上記特許文献に開示された技術をそのまま適用することは困難である。
更に、高密度光ディスクとＤＶＤとに対して共通の対物光学系を用いて情報の記録／再生を適切に行うためには、上述したような、高密度光ディスクとＤＶＤ間での保護層厚さの違いに起因して発生する球面収差の他に、高密度光ディスク固有の課題を解決する必要がある。
高密度光ディスク固有の課題は、（１）レーザ光源の短波長化に伴う色収差、（２）高開口数化に伴う球面収差変化、である。
このうち、（１）は、青紫色波長領域では光学材料の波長分散（微小な波長変化に対する屈折率の変化）が大きいために顕在化する課題である。光ディスクに対して情報の再生から記録、或いは情報の記録から再生に切り替わる際には、半導体レーザ光源の出力が変化するため発振波長が変化する（いわゆる、モードホッピング）。この波長変化は数ｎｍ程度であるが、青紫色波長領域では波長分散が大きいため、対物光学系がフォーカシングし直すまでの間はデフォーカス状態となり適切な記録／再生特性が得られない。
また、（２）は、対物光学系で発生する球面収差が、開口数の４乗に比例して増大するために顕在化する課題である。高開口数の対物光学系では、入射光束の波長が変化した際の球面収差が大きくなるため、レーザ光源の波長に対する公差が厳しくなる。特に、青紫色波長領域では波長分散の影響があるため、この課題がより顕在化する。また、製造コストを低減するためには、対物光学系をプラスチックレンズとするのが有効であるが、温度変化に伴う屈折率変化に起因して発生する球面収差が大きくなるため、光ピックアップ装置内の温度が変化した場合に、高密度光ディスクに対する情報の記録／再生特性に支障をきたす。
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、青紫色レーザ光源を使用する高密度光ディスクとＤＶＤを含む、使用する波長が異なる複数種類の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を適切に行うことができる光ピックアップ装置用の光学素子、及び光ピックアップ装置を提供することである。
本明細書においては、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光ディスクを総称して「高密度光ディスク」といい、ＮＡ０．８５の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の光ディスクの他に、ＮＡ０．６５の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスクも含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクの他に、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層或いは保護膜の厚さが０の光ディスクも含むものとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光磁気ディスクも含まれるものとする。
本明細書においては、ＤＶＤとは、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列の光ディスクの総称であり、ＣＤとは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列の光ディスクの総称である。
本明細書においては、「重畳型回折構造」とは、図２６に模式的に示すように、光軸を中心として連続的に配された複数の輪帯Ｒ３ｉにおいて、各輪帯Ｒ３ｉが更に、複数の光軸方向の段差ｄ３ｉにより階段状に分割された構造を指す。かかる重畳型回折構造の、段差ｄ３ｉの深さΔ、段差数Ｎを適切に設定することにより、上述したように、波長の異なる複数の光束のうち1つだけを選択的に回折させ、且つ他の波長の光束は回折せずにそのまま透過させたり、複数の波長の光束の回折次数を互いに異ならせたり、或いは特定の波長の光束に対し、回折効率を極端に小さくしたりする作用を、波長の異なる複数の入射光束に対して与えることが可能となる。なお、このような、回折作用や回折効率を極端に小さくする作用は、各波長の光束から生じる様々な次数の回折光のうち、最大の回折効率を有する回折光に対して与えられる。尚、本明細書においては、この「重畳型回折構造」により回折せずに（すなわち、実質的な光路差を与えられずに）そのまま透過する光束を便宜的に「０次回折光」と呼ぶ。
本明細書においては、「回折構造」とは、図２７に模式的に示すように、光軸を中心として連続的に配された鋸歯形状（図２７（ａ））或いは階段形状（図２７（ｂ））の複数の輪帯Ｒ１ｉから構成され、各輪帯Ｒ１ｉが光軸方向の段差ｄ１ｉにより分割された構造を指す。この「回折構造」は、入射光束の波長に応じて、絶対値が１以上の回折次数の回折光を発生させる。本明細書においては、各輪帯が更に、階段状に分割されている上記「重畳型回折構造」と、この「回折構造」とは区別するものとする。また、図２７では、段差ｄ１ｉの方向が有効径内で同一の場合を示したが、段差ｄ１ｉの方向が有効径内で反転する場合も本明細書における「回折構造」に含まれる。
本明細書においては、「光路差付与構造」とは、図２８に模式的に示すように、光軸を中心として連続的に配され、光軸方向の段差ｄ２ｉにより分割された複数の輪帯Ｒ２ｉから構成された構造を指す。これらの輪帯Ｒ２ｉのうち、最大有効径内の所定の高さに位置する輪帯よりも内側の輪帯は、光軸から離れるに従って光路長が短くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径内の所定の高さに位置する輪帯よりも外側の輪帯は、光軸から離れるに従って光路長が長くなるように光軸方向に変移している。ここでいう、所定の高さに位置する輪帯としては、その中央部における光軸からの高さが、最大有効径の６０％乃至８５％の範囲内の高さであるのが好ましい。
また、本明細書においては、「光路差付与構造」を、光軸を含む中心領域Ｃと該中心領域Ｃの外側に微細な段差ｄ２ｉにより分割された複数の輪帯Ｒ２ｉとから構成される構造であって、中心領域Ｃの外側に隣接する輪帯Ｒ２ｉＡは、中心領域Ｃに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成され、最大有効径位置における輪帯Ｒ２ｉＢは、その内側に隣接する輪帯Ｒ２ｉＣに対して光路長が長くなるように光軸方向に変移して形成され、最大有効径の６０％乃至８５％の範囲内の高さにその中央部が位置する１つの輪帯Ｒ２ｉＤは、その内側に隣接する輪帯Ｒ２ｉＥとその外側に隣接する輪帯Ｒ２ｉＦとに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されている構造と表現することもできる。ここでいう、「中心領域Ｃ」とは、光軸を含み、光軸から最も近い位置にある段差ｄ２ｉＡで囲まれた光学機能領域である。
かかる構成の光路差付与構造により球面収差を補正することが可能となる。例えば、共にプラスチックレンズである収差補正素子と集光素子から構成される対物光学系において、集光素子の温度上昇に伴う球面収差変化（図２９の波面収差ａを参照）を、光路差付与構造が形成された収差補正素子で補正する場合、段差ｄ２ｉの深さをｄ２ｉ＝ｐ・λ０／（Ｎ０−１）を満たすように設定する。但し、ｐは１以上の整数、λ０（μｍ）は設計波長、Ｎ０はプラスチックレンズの設計基準温度での屈折率である。
基準温度では、段差ｄ２ｉによる光路差は、設計波長λ０の整数倍となるので、実質的に光路差が与えられない。これに対し、温度上昇した場合には、プラスチックレンズの屈折率が低下するため、段差ｄ２ｉによる光路差は、設計波長λ０の整数倍から微小にずれることになり、図２９のｂに示すように、温度上昇した場合の集光素子の波面収差（図２９のａ）とは逆符号の波面収差が発生し、互いの波面収差は相殺される方向に作用する（図２９のｃ）。
尚、図２６乃至図２８は各構造を平行平面板上に形成した場合の概略図であり、本明細書においては、上述の定義を逸脱しない限り、各構造は図２６乃至図２８の形態にのみ限定されるものではない。
本明細書においては、「収差補正素子」とは、上述した重畳型回折構造がその光学機能面上に形成され、保護層厚さの異なる複数の種類の光ディスク間での保護層厚さの違いに起因して発生する球面収差を抑制する機能を有する光学素子を指す。また、本明細書においては、収差補正素子は１つの光学素子だけではなく、複数の光学素子からなる構成としてもよい。また、「集光素子」とは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置される光学素子であって、収差補正素子から射出された光束を集光し、規格の異なる複数の種類の光ディスクのそれぞれの情報記録面上に結像させる機能を有する光学素子を指す。この「集光素子」も１つの光学素子だけでなく、複数の光学素子からなる構成としてもよい。
本明細書においては、「対物光学系」とは、上述の集光素子を少なくとも含む光学系を指す。対物光学系は集光素子のみから構成されていても良い。
更に、本明細書においては、かかる集光素子と一体となってアクチュエータによりトラッキング及びフォーカシングを行う光学素子がある場合には、これら光学素子と集光素子とから構成される光学系を対物光学系と定義する。従って、集光素子と一体となってアクチュエータによりトラッキング及びフォーカシングを行う光学素子には、上述の収差補正素子が含まれる。
本明細書においては、光ディスクの情報記録面上に「良好な波面を形成する」とは、入射光束を、波面収差が０．０７λＲＭＳ以下の状態となるように光ディスクの情報記録面上に集光することと同義である。
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、第１光源から射出される第１波長λ１の光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、第２光源から射出される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、第３光源から射出される第３波長λ３（λ３＞λ２）の光束を用いて厚さｔ３（ｔ３＞ｔ２）の保護層を有する第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又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、
前記光学素子の光学機能面のうち、少なくとも１つの光学機能面は、光軸を中心とした同心円状の複数の光学機能領域に分割され、
前記複数の光学機能領域のうち、少なくとも光軸を含む光学機能領域は、その内部に複数の段差が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配された構造である重畳型回折構造が形成されており、
前記第１波長λ１の光束が前記重畳型回折構造に入射した際に発生する回折次数と、前記第２波長λ２の光束が前記重畳型回折構造に入射した際に発生する回折次数と、前記第３波長λ３の光束が前記重畳型回折構造に入射した際に発生する回折次数とが、それぞれ異なり、
前記第１波長λ１（μｍ）、前記第２波長λ２（μｍ）、前記第３波長λ３（μｍ）、前記重畳型回折構造において各輪帯内に形成された前記段差の数Ｎ、前記段差の光軸方向の深さΔ（μｍ）、前記光学素子の前記第１波長λ１に対する屈折率Ｎλ1、前記光学素子の前記第２波長λ２に対する屈折率Ｎλ2、前記光学素子の前記第３波長λ３に対する屈折率Ｎλ3により、それぞれ以下の（５４）乃至（５６）式で表されるφ１、φ２、φ３が、以下の（５７）乃至（５９）式を満たすことを特徴とする。
φ１＝Δ（Ｎλ1−１）（Ｎ＋１）／λ１ （５４）
φ２＝Δ（Ｎλ2−１）（Ｎ＋１）／λ２ （５５）
φ３＝Δ（Ｎλ3−１）（Ｎ＋１）／λ３ （５６）
０≦｜ＩＮＴ（φ１）−φ１｜≦０．４ （５７）
０≦｜ＩＮＴ（φ２）−φ２｜≦０．４ （５８）
０≦｜ＩＮＴ（φ３）−φ３｜≦０．４ （５９）
但し、ＩＮＴ（φｉ）（ｉ＝１、２、３）は、φｉを四捨五入して得られる整数である。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置用の光学素子において、
前記φ１、及び各輪帯内に形成された前記段差の数Ｎが以下の（６０）及び（６１）式を満たすことを特徴とする。
φ１≦２４ （６０）
３≦Ｎ≦１１ （６１）
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置用の光学素子において、前記複数の光学機能領域の全てに、前記重畳型回折構造が形成されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置用の光学素子において、前記複数の光学機能領域のうち、少なくとも１つの光学機能領域には、前記重畳型回折構造が形成されていないことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子において、前記複数の光学機能領域は、３つの光学機能領域であり、前記３つの光学機能領域のうち、光軸を含む光学機能領域に入射した前記第１波長λ１の光束乃至前記第３波長λ３の光束は、それぞれ、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記３つの光学機能領域のうち、前記光軸を含む光学機能領域の外側に隣接する光学機能領域に入射した前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束は、それぞれ、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上に集光し、前記３つの光学機能領域のうち、最も外側の光学機能領域に入射した前記第１波長λ１の光束は、前記第１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。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子において、前記第２波長λ２の光束に対する前記重畳型回折構造の近軸における回折パワーが負であることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子において、前記重畳型回折構造は、前記第２波長λ２の光束に対して補正不足の球面収差を付加することを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子において、前記第２波長λ２の光束に対する前記重畳型回折構造の近軸における回折パワーが正であることを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項１乃至５及び８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子において、前記重畳型回折構造は、前記第２波長λ２の光束に対して補正過剰の球面収差を付加することを特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子において、前記重畳型回折構造において、各輪帯内に形成された前記段差のうち、隣接する段差間の光軸に垂直な方向の間隔の最小値Ｐが以下の（３１）式を満たすことを特徴とする。
Ｐ＞３μｍ （３１）
請求項１１記載の発明は、請求項１０に記載の光ピックアップ装置用の光学素子において、前記重畳型回折構造において、各輪帯内に形成された前記段差のうち、隣接する段差間の光軸に垂直な方向の間隔の最小値Ｐが以下の（３２）式を満たすことを特徴とする。
Ｐ＞５μｍ （３２）
請求項１２記載の発明は、請求項１１に記載の光ピックアップ装置用の光学素子において、前記重畳型回折構造において、各輪帯内に形成された前記段差のうち、隣接する段差間の光軸に垂直な方向の間隔の最小値Ｐが以下の（３３）式を満たすことを特徴とする。
Ｐ＞１０μｍ （３３）
請求項１３記載の発明は、第１光源から射出される第１波長λ１の光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、第２光源から射出される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、第３光源から射出される第３波長λ３（λ３＞λ２）の光束を用いて厚さｔ３（ｔ３＞ｔ２）の保護層を有する第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子を有することを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、重畳型回折構造の各輪帯内に形成された段差の数、各輪帯内に形成された段差の深さ、及び各輪帯の配列を適切に設定することで、第１波長λ１の光束は実質的に光路差が与えられず、回折させずにそのまま透過させ、且つ、第２波長λ２の光束は光路差が与えられ、回折させることができるので、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正することが可能となるとともに、何れの波長の光束に対しても高い透過率（回折効率）を確保することが可能となる。また、重畳型回折構造に、第１波長λ１の光束を回折させずにそのまま透過させ、第２波長λ２の光束に対し、回折効率を極端に小さくしてフレアー化させるダイクロイックフィルターの役割を担わせることも可能となる。
例えば、高密度光ディスクとＤＶＤの共通の対物光学系において、ＤＶＤの開口数ＮＡ２内に、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正するための第１の重畳型回折構造を形成し、更に、開口数ＮＡ２から高密度光ディスクの開口数ＮＡ１までの領域に、第１波長λ１の光束を回折させずにそのまま透過させ、第２波長λ２の光束に対し、回折効率を極端に小さくしてフレアー化させる第２の重畳型回折構造を形成することで、何れの光ディスクん対しても適切に情報の記録／再生を行え、且つ、ＤＶＤに対する開口切り替え機能を有する対物光学系を提供することができる。
また、高密度光ディスクに対して適切に情報を記録／再生できるようにするためには、軸上色収差を補正する手段を設けることで、モードホッピングとよばれるレーザ光源の瞬間的な波長変化による集光性能の劣化を防ぐ必要がある。これは、青紫色領域における光学材料の波長分散が非常に大きくなるため、わずかな波長変化に対してもフォーカス位置ずれが大きく発生するためである。
また、高密度光ディスクの一規格として、対物光学系の開口数を０．８５程度に高めた光ディスクが提案されているが、対物光学系の開口数が大きくなるほど、入射光束の波長変化により発生する球面収差変化が大きくなるため、製造誤差により波長誤差を持ったレーザ光源が使用できないという課題が顕在化する。そのため、レーザ光源を選別する必要があるので、光ピックアップ装置の製造コストが上昇する。
また、プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べて比重が小さいため、対物光学系を駆動するアクチュエータへの負担を軽減でき、対物光学系の追従を高速に行うことができる。また、射出成形により製造されるプラスチックレンズは、所望の金型を製造よく作製することで、安定した品質で高精度に大量生産することが可能となる。然るに、対物光学系の開口数が大きくなった場合、かかる対物光学系をプラスチックレンズとすると温度変化に伴う屈折率変化の影響が大きくなる。これは、屈折率変化により発生する球面収差が開口数の４乗に比例して増大するためである。
そこで、本発明では、光学素子の光学機能面に重畳型回折構造を設けることで、入射光束の波長変化に対するフォーカス位置ずれや、入射光束の波長変化に対する球面収差変化や、屈折率変化に伴う球面収差変化を抑制する機能を持たせたので、入射光束の波長変化や温度変化が起きた場合でも、高密度光ディスクに対する記録／再生特性を良好に維持できる。
重畳型回折構造を、３つの光ディスクの情報記録面上にスポットを形成するために使用される、３つの波長の光束の共通の光学機能領域に形成する場合には、請求項１の発明にあるように、段差の深さΔと、Ｎ個の段差により構成される１ピッチ分の、波長λ１〜λ３の各波長に対する光路差付加量φ１〜φ３を（５４）〜（５９）式を満たすように設定するのが好ましい。これにより、３つの波長全てに対して高い透過率（回折効率）を確保することが可能となる。
また、請求項１に記載の発明によれば、３つの波長の回折次数を異ならせることが可能となるので、光学設計の自由度を広げることができる。
また、φ１が大きくなりすぎると、１つの段差の深さが大きくなるので、結果として１ピッチ分の深さΔ（Ｎ＋１）が大きくなり、また、段差数Ｎが多くなりすぎると、１ピッチあたりの階段構造の幅が小さくなる。これにより、金型の加工が困難になる、入射光束の微小な波長変化に対する透過率（回折効率）の変動が大きくなる、という問題が顕在化する。これらの問題の顕在化を回避するためには、請求項２の発明のように、重畳型回折構造の、波長λ１に対する１ピッチ分の光路差付加量φ１と、各輪帯内に形成された段差数Ｎは（６０）、（６１）式を満たすようにするのが好ましい。
また、請求項３の発明にあるように、重畳型回折構造を光軸を含む光学機能領域だけでなく、全ての光学機能領域に形成してもよい。
或いは、請求項４の発明にあるように、重畳型回折構造に持たせる機能に応じて、必要な光学機能領域にのみ重畳型回折構造を形成し、重畳型回折構造が形成されない光学機能領域があってもよい。
本発明の重畳型回折構造を有する光学素子は、ＮＡ０．８５の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の高密度光ディスク（例えば、ブルーレイディスク）と、ＤＶＤ及びＣＤとに対して互換性を有するピックアップ装置に対しても、適用可能である。
かかる場合には、請求項５の発明にあるように、光学素子の光学機能面を、波長λ３に対する有効径内に対応する光軸を含む光学機能領域と、その周囲を囲む波長λ３に対する有効径から波長λ２に対する有効径に対応する光学機能領域と、更に、その周囲を囲む波長λ２に対する有効径から波長λ１に対する有効径に対応する光学機能領域の３つの光学機能領域に分割するのが好ましい。
請求項６に記載の発明によれば、高密度光ディスクが、保護層の厚さが０．１ｍｍの光ディスクのように、保護層の厚さがＤＶＤよりも薄い場合、高密度光ディスクに対して情報の再生及び／又は記録を行う場合の倍率ｍ１とＤＶＤに対して情報の再生及び／又は記録を行う場合の倍率ｍ２とを同じとすると、ＤＶＤの保護層が厚いためにＤＶＤに対する球面収差は補正過剰方向に変化する。
かかる場合には、請求項６の発明にあるように、重畳型回折構造の第２波長λ２に対する近軸パワーを負とすると、上述の補正過剰方向への球面収差変化を相殺させることができる。
或いは、請求項７の発明にあるように、重畳型回折構造により第２波長λ２に対して補正不足方向の球面収差を付加させるようにすると、上述の補正過剰方向への球面収差変化を相殺させることができる。
このような構成とすると、第２波長λ２の斜め光束が入射した場合に発生するコマ収差が小さくなるので、ＤＶＤ用の光源と光学素子との光軸ずれに対する公差が大きくなる結果、光ピックアップ装置の製造コストが低減される。
尚、重畳型回折構造の第２波長λ２に対する近軸パワーを負として、且つ重畳型回折構造により第２波長λ２に対して補正不足方向の球面収差を付加させるようにしてもよい。
ＤＶＤに対して情報の再生及び／又は記録を行う場合の倍率ｍ２とＣＤに対して情報の再生及び／又は記録を行う場合の倍率ｍ３とを同じとすると、ＣＤよりもＤＶＤの保護層が薄いために、ＤＶＤに対する球面収差が補正不足方向に変化する。
かかる場合には、請求項８の発明にあるように、重畳型回折構造の第２波長λ２に対する近軸パワーを正とすると、上述の補正不足方向への球面収差変化を相殺させることができる。
或いは、請求項９の発明にあるように、重畳型回折構造により第２波長λ２に対して補正過剰方向の球面収差を付加させるようにすると、上述の補正不足方向への球面収差変化を相殺させることができる。
このような構成とすると、第２波長λ２の斜め光束が入射した場合に発生するコマ収差が小さくなるので、ＤＶＤ用の光源と光学素子との光軸ずれに対する公差が大きくなる結果、光ピックアップ装置の製造コストが低減される。
尚、重畳型回折構造の第２波長λ２に対する近軸パワーを正として、且つ重畳型回折構造により第２波長λ２に対して補正過剰方向の球面収差を付加させるようにしてもよい。
本発明の重畳型回折構造は、各輪帯が複数の光軸方向の段差により階段状に分割された構造を有するが、隣接する段差間の光軸に垂直な方向の間隔（各階段構造の幅）が小さくなりすぎると、ＳＰＤＴによる金型加工が困難になるという問題が顕在化する。また、金型の形状誤差による回折効率低下は短波長になるほど大きくなる。
そこで、請求項１０に記載の発明では、かかる階段構造の幅の最小値Ｐが３μｍより大きくならないようにして、ＳＰＤＴによる金型加工を容易にし、青紫色領域の波長λ１に対して、金型の形状誤差による回折効率低下が大きくなり過ぎないようにしている。
請求項１１に記載の発明のように、以上の作用効果をより有効にするためには、階段構造の幅の最小値Ｐを５μｍより大きくなるようにするのが好ましい。
請求項１２に記載の発明のように、以上の作用効果を更に有効にするためには、階段構造の幅の最小値Ｐを１０μｍより大きくなるようにするのが好ましい。
請求項１３に記載の発明によれば、３つの波長の回折次数を異ならせることが可能となるので、光学設計の自由度を広げることができる。
本発明によれば、青紫色レーザ光源を使用する高密度光ディスクとＤＶＤを含む、使用する波長が異なる複数種類の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を適切に行うことができる光ピックアップ装置用の光学素子、及び光ピックアップ装置を得られる。
まず、本発明における重畳型回折構造の作用を例をあげながら説明する。
本発明の光学素子に含まれる重畳型回折構造の一つの例を図９〜１１に示す。図９〜１１では、重畳型回折構造は、鋸歯形状の輪帯構造（回折レリーフ面）が複数の階段状に分割された構造を有しており、この例では、各々の隣合う階段は最短の波長と最長の波長については、各々の波長の整数倍だけ光路差が生じ実質的には位相差が生じないようになっている。
１段あたり段差量をΔとし、着目している波長をλ,この波長における段差を構成する媒
体の屈折率をｎとすると、この段差により生ずる光路差は、Δ（ｎ−１）とあらわされるので段差量ΔをΔ（ｎ−１）＝ｊλ1を満たすように決定すると、この波長においては波
長λ１のｊ（整数）倍だけ光路差が生ずる。且つ、もうひとつの波長をλ３とし、ｊλ１≒ｋλ３を満足するような整数j、ｋを選び、
Δ（ｎ−１）＝ｊλ１＝ｋλ３
を満足するように段差量Δを設けると,この段差により、波長λ１については波長のｊ倍
、波長λ３については波長のｋ倍だけ光路差が生ずるため、これら二つの波長λ１、λ３については実質的に波面が揃い位相差が生じない。
例えば、λ１＝４０５ｎｍ、λ３＝７８５ｎｍとした場合、ｊ＝２、ｋ＝１を選択する（即ち、段差量Δ＝２×４０５／（ｎ−１））と、２×４０５≒１×７８５となるので、この段差でλ１＝４０５ｎｍの波長では図９に示すように２波長分の光路差が生じ、λ３＝７８５ｎｍでは図１０に示すようにほぼ１波長分の光路差が生ずる。このような段差が複数集まった構造は、λ１、λ３の波長については、位相はそろっているので、透過光に何の作用も生じない。
然るに、λ１、λ３と異なる波長λ２＝６５５ｎｍの光については、１つの段差あたり、δ＝２×４０５×（１．５０６６−１）／（１．５２４７−１）−６５５＝１２７ｎｍの光路差が生じるので（ここで、１．５２４７は後述するように、波長λ１に対する光学素子素材の屈折率であり１．５０６６は、波長λ２に対する光学素子素材の屈折率である）、４つの段差により１つのピッチの略鋸歯形状のレリーフ構造を分割すると（即ち、１つのピッチを５分割する）、波長λ２の１波長分の光路差が生じることとなり（１２７×５＝６３５≒１×６５５）、図１１に示すように隣どおしのピッチの波面がそれぞれ１波長ずれて重なることとなる。すなわち＋１次回折光が発生する。
図１１に示すように隣どおしのピッチの波面がそれぞれ１波長ずれて重なることとなる。すなわち＋１次回折光が発生する。
この重畳型回折構造によるｍ次の回折効率ηｍは、１つのピッチに含まれる不連続な段差数をＮ、１段あたりの段差の高さをΔ、波長をλ、波長λにおける光学素子素材の屈折率をｎとすると以下の式（数３及び数４）で表される。
Figure 0005002118
Figure 0005002118
上記の例について計算すると，λ１、λ３については回折しない、即ち０次回折光が生ずるが、その回折効率はそれぞれ１００％、９９．６％となり、λ２については＋１次回折光の回折効率が８７．２％となる。
尚、上記の計算では、光学素子素材として、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチック材料を仮定しており、λ１に対する光学素子素材の屈折率を１．５２４７、λ２に対する光学素子素材の屈折率を１．５０６６、λ３に対する光学素子素材の屈折率を１．５０５０である。
この式よりわかるように、段差数Ｎを大きくしていくと、[ ]中の左の分数式のみ残り、右側は１に漸近し、通常の鋸歯状回折素子の回折効率を与える式が得られる。Ｎが有限の値をとる際にはさまざまな作用をする。この作用としては、λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６５０ｎｍ、λ３＝７８５ｎｍの場合には上記の例を含め、他に下表（表１〜表８のような組合せが考えられる。
表中でφは（数４）で与えられるようにＮ段の段差により構成される1ピッチ分の重畳型
回折構造の光路差を波長単位で表したもので、逆に、1ピッチ分の段差量Δ（Ｎ＋１）は
このφを用い、
Δ（Ｎ＋１）＝φλ／（ｎ−１）
で与えられる。各波長でのφは段差量Δ（Ｎ＋１）が同一であるので、波長により異なる。また、ｍは回折効率が最大となる回折次数であり、そのときの回折効率がηｍである。尚、ここでの計算は、光学素子素材として、上記のプラスチック材料を仮定している。
Figure 0005002118
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このように、本発明の重畳型回折構造は、段差量Δ、段差数Ｎを適切に設定することにより、３つの波長のうち1つだけを選択的に回折させ、且つ他の波長は回折せずにそのまま
透過させることが可能となるので、重畳型回折構造の各輪帯の配列を適切に設定することで、高密度光ディスク、ＤＶＤ、及びＣＤ等の３種類の光ディスク間での保護層厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正しつつ、３つの波長全てに対して高い透過率（回折効率）を確保することが可能となる。
また、本発明の重畳型回折構造は、上述のように、３つの波長のうち1つだけを選択的に
回折させ、且つ他の波長は回折せずにそのまま透過させる作用以外にも、３つの波長の回折次数を異ならせたり、或いは特定の波長に対し、回折効率を極端に小さくして、フレア化して集光に寄与させないようにすることができる。
例えば、以下の表９〜表１０のように段差量Δ、段差数Ｎを設定すると３つの波長の回折次数を異ならせることが可能となるので、光学設計の自由度を広げることができる。
Figure 0005002118
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また、以下の表１１〜表１４のように段差量Δ、段差数Ｎを設定すると特定の波長に対し、回折効率を極端に小さくして、フレア化して集光に寄与させないようにさせることが可能となる。
Figure 0005002118
Figure 0005002118
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表１１〜１３では、波長λ１と波長λ２とに対しては、８５％以上の高い透過率（回折効率）を確保し、波長λ３に対しては、回折効率が著しく低下し、５０％以下となっている。また、表１４では、波長λ１に対しては、１００％の高い透過率（回折効率）を確保し、波長λ２と波長λ３に対しては、回折効率が著しく低下し、５０％以下となっている。このような重畳型回折構造を、高密度光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤとに対して共通に使用可能な対物光学系に適用すると、特定の波長を遮断して、他の波長を透過させるダイクロイックフィルターの役割を担わせることができる。
例えば、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤの開口数が互いに異なる場合には、対物光学系の１つの光学機能面を、ＣＤのＮＡ内に対応した第１光学機能領域（例えば、ＮＡ０．４５内）と、ＣＤのＮＡからＤＶＤのＮＡに対応した第２光学機能領域と（例えば、ＮＡ０．４５〜ＮＡ０．６０と、）ＤＶＤのＮＡから高密度光ディスクのＮＡに対応した第３光学機能領域と（例えば、ＮＡ０．６０〜ＮＡ０．８５）の３つの光学機能領域に分割し、表１１〜１３の重畳型回折構造を第２光学機能領域に形成することで、λ３の波長のみを遮断することが可能となる。
更に、表１４の重畳型回折構造を第３光学機能領域に形成することで、λ２の波長及びλ３の波長を遮断することが可能となる。
このように、表１１〜１４の重畳型回折構造を、特定の光学機能領域に形成することで、別部材の開口制限素子を必要としない簡素な構成の対物光学系を実現できる。
尚、上述の表１〜１４の構造は、使用波長λ１、λ２、λ３が、それぞれ、４０５ｎｍ、６５５ｎｍ、７８５ｎｍであり、λ１、λ２、λ３に対する屈折率が、それぞれ、１．５２４７、１．５０６６、１．５０５０である光学素子素材に対して最適な重畳型回折構造の一部の例であり、これらとは異なる波長や光学素子素材を使用する場合に対しては、必ずしも最適な構造となるわけではない。即ち、本発明における重畳型回折構造は、表１〜１４の構造のみに限定されず、使用波長や、光学素子材料の特性に応じて様々な変更が可能である。
次に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ説明する。
[第１の実施の形態]
図１は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第１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。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ１は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１と光検出器ＰＤ１とが一体化された高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束を射出する第１の発光点ＥＰ１と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束を射出する第２の発光点ＥＰ２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ＤＶＤ／ＣＤ用レーザモジュールＬＭ１、収差補正素子Ｌ１とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２，ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成された対物光学系ＯＢＪ、２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯ、偏光ビームスプリッタＢＳ、コリメートレンズＣＯＬとから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
光ピックアップ装置ＰＵ１において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において実線でその光線経路を描いたように、高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１を作動させて青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされ、偏光ビームスプリッタＢＳを透過した後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、絞りＳＴＯ、偏光ビームスプリッタＢＳ、及びコリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、高密度光ディスク用ＨＤ用モジュールＭＤ１の光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ１において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第1の発光点ＥＰ１を発光させる。第1の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図１において波線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪを透過し、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、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。
また、光ピックアップ装置ＰＵ１において、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第2の発光点ＥＰ２を発光させる。第2の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図１において二点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、対物光学系ＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪを透過し、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、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。
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチックレンズであり、λ１に対する屈折率は１．５２４２、λ２に対する屈折率は１．５０６４、λ３に対する屈折率は１．５０５０である。また、集光素子Ｌ２は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５４３５であり、アッベ数νｄが５６．３のプラスチックレンズである。また、それぞれの光学機能部（青紫色半導体レーザＬＤ１からのレーザ光束が通過する、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の領域）の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有し、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を接合することで一体化されている。
尚、収差補正素子L１と集光素子L２とを一体化する場合には、別部材の接合部材を介して両者を一体化してもよい。
収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１は、図２に示すように、ＣＤの開口数０．４５内の領域に対応する光軸を含む第１の光学機能領域ＡＲＥＡ１と、ＣＤの開口数０．４５からＤＶＤの開口数０．６０までの領域に対応する第２の光学機能領域ＡＲＥＡ２と、ＤＶＤの開口数０．６０から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に対応する第３の光学機能領域ＡＲＥＡ３とに分割されており、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ１、ＨＯＥ２、ＨＯＥ３が、それぞれ、第１の光学機能領域ＡＲＥＡ１、第２の光学機能領域ＡＲＥＡ２、第３の光学機能領域ＡＲＥＡ３に形成されている。
第１の光学機能領域ＡＲＥＡ１に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ１において、各輪帯内に形成された階段構造の深さｄ３１は、
ｄ３１＝２λ１／（ｎ−１）（μｍ）
で算出される値に設定され、各輪帯内の段差数Ｎは４に設定されている。但し、λ１は青紫色半導体レーザＬＤ１から射出されるレーザ光束の波長をミクロン単位で表したものであり（ここでは、λ１＝０．４０８μｍ）、ｎは収差補正素子Ｌ１の波長λ１に対する屈折率である。
光軸方向の深さがこのように設定された階段構造に対して、波長λ１のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段構造間では２×λ１（μｍ）の光路差が発生し、波長λ１のレーザ光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する。尚、以下の説明では、重畳型回折構造により実質的に位相差が与えられずにそのまま透過する光束を０次回折光という。
また、この階段構造に対して、第２の発光点ＥＰ２からの波長λ３（ここでは、λ３＝０．７８５μｍ）のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段構造間では（２×λ１／λ３）×λ３（μｍ）の光路差が発生する。λ３はλ１の略２倍であるので、隣接する階段構造間では略１×λ３（μｍ）の光路差が発生し、波長λ３のレーザ光束も波長λ１のレーザ光束と同様に、実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する（０次回折光）。
一方、この階段構造に対して、第１の発光点ＥＰ１からの波長λ２（ここでは、λ２＝０．６５８μｍ）のレーザ光束が入射した場合、各輪帯内の段差数Ｎは４に設定されているため、波長λ２のレーザ光束は、重畳型回折構造ＨＯＥ１の入射した部位に応じて位相差が与えられ＋１次の方向に回折する（＋１次回折光）。このときの波長λ２のレーザ光束の＋１次回折光の回折効率は、８７．５％となるが、ＤＶＤに対する情報の記録／再生には十分な光量である。
重畳型回折構造ＨＯＥ１の各輪帯の幅Λ１、及び各輪帯の傾斜方向（図１において、各階段構造の包絡線ｌ１の傾斜方向）は、波長λ２のレーザ光束が入射した場合に、回折作用により＋１次回折光に対して補正過剰方向の球面収差が付加されるように設定されている。対物光学系ＯＢＪの波長λ３に対する倍率ｍ３は、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１とＣＤの保護層ＰＬ３の厚さの違いによる球面収差が補正されるように決定されているので、本実施の形態のように、波長λ２に対する倍率ｍ２と、波長λ３に対する倍率ｍ３とを略同じとする場合には、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１とＤＶＤの保護層ＰＬ２の厚さの違いによる球面収差は過剰に補正され過ぎることになり、対物光学系ＯＢＪとＤＶＤの保護層ＰＬ２とを透過した波長λ２のレーザ光束の球面収差は補正不足方向となってしまう。
ここで、重畳型回折構造ＨＯＥ１の各輪帯の幅Λ１、及び各輪帯の傾斜方向は、重畳型回折構造ＨＯＥ１に対して波長λ２のレーザ光束が入射した場合に、回折作用により＋１次回折光に対して付加される補正過剰方向の球面収差量と、波長λ２に対する倍率ｍ２と、λ３に対する倍率ｍ３とを略同じとしたことに起因して発生する上記補正不足方向の球面収差とが互いに相殺するように設定されている。これにより、重畳型回折構造ＨＯＥ１とＤＶＤの保護層ＰＬ２とを透過した波長λ２のレーザ光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上で良好なスポットを形成する。
更に、第２の光学機能領域ＡＲＥＡ２に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ２において、各輪帯内に形成された階段構造の深さｄ３２は、
ｄ３２＝３λ１／（ｎ−１）（μｍ）
で算出される値に設定され、各輪帯内の段差数Ｎは４に設定されている。
光軸方向の深さがこのように設定された階段構造に対して、波長λ１のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段構造間では３×λ１（μｍ）の光路差が発生し、波長λ１のレーザ光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する（０次回折光）。
また、この階段構造に対して、第１の発光点ＥＰ１からの波長λ２のレーザ光束が入射した場合、各輪帯内の段差数Ｎは４に設定されているため、波長λ２のレーザ光束は、重畳型回折構造ＨＯＥ２の入射した部位に応じて位相差が与えられ−１次の方向に回折する（−１次回折光）。このときの波長λ２のレーザ光束の−１次回折光の回折効率は、８７．５％となるが、ＤＶＤに対する情報の記録／再生には十分な光量である。
ここで、重畳型回折構造ＨＯＥ２の各輪帯の幅Λ２、及び各輪帯の傾斜方向は、重畳型回折構造ＨＯＥ２に対して波長λ２のレーザ光束が入射した場合に、回折作用により−１次回折光に対して付加される補正過剰方向の球面収差量と、波長λ２に対する倍率ｍ２と、波長λ３に対する倍率ｍ３とを略同じとしたことに起因して発生する上記補正不足方向の球面収差とが互いに相殺するように設定されている。これにより、重畳型回折構造ＨＯＥ２とＤＶＤの保護層ＰＬ２とを透過した波長λ２のレーザ光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上で良好なスポットを形成する。
一方、この階段構造に対して、第２の発光点ＥＰ２からの波長λ３のレーザ光束が入射した場合、波長λ３のレーザ光束は、重畳型回折構造ＨＯＥ２の入射した部位に応じて位相差が与えられ−２次の方向に回折する（−２次回折光）。このときの波長λ３のレーザ光束の−２次回折光の回折効率は２４．９％と極端に低い。尚、重畳型回折構造ＨＯＥ２に波長λ３のレーザ光束が入射すると、上述の−２次回折光の他に、＋２次回折光と＋３次回折光も発生するが、これらの回折効率はそれぞれ２３．１％、１１．１％であり、−２次回折光の回折効率よりもさらに低い。
上記の説明においては、波長λ２に対する倍率ｍ２と、波長λ３に対する倍率ｍ３とを略同じとしたことに起因して発生する上記補正不足方向の球面収差を補正するために、重畳型回折構造ＨＯＥ１とＨＯＥ２を、波長λ２のレーザ光束が入射した場合に補正過剰方向の球面収差を発生するような構造としたが、重畳型回折構造ＨＯＥ１とＨＯＥ２の回折パワーを正となるように設定し、波長λ２のレーザ光束が入射した場合にλ２のレーザ光束の発散度を小さくして射出するような構造としてもよい。
この場合は、重畳型回折構造ＨＯＥ１とＨＯＥ２に入射した波長λ２のレーザ光束は、その発散度が小さくなって射出される。これは集光素子Ｌ２にとっては、倍率が大きくなることに相当するので、集光素子Ｌ２に入射した波長λ２のレーザ光束には、この倍率変化により補正過剰方向の球面収差が付加される。この補正過剰方向の球面収差と、波長λ２に対する倍率ｍ２と、波長λ３に対する結像倍率ｍ３とを略同じとしたことに起因して発生する上記補正不足方向の球面収差とが相殺されるように、重畳型回折構造ＨＯＥ１、ＨＯＥ２の各輪帯間の幅Λ１、Λ２、及び各輪帯の傾斜方向を決定する。
更に、第３の光学機能領域ＡＲＥＡ３に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ２３において、各輪帯内に形成された階段構造の深さｄ３３は、
ｄ３３＝１λ１／（ｎ−１）（μｍ）
で算出される値に設定され、各輪帯内の段差数Ｎは５に設定されている。
光軸方向の深さがこのように設定された階段構造に対して、波長λ１のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段構造間では１×λ１（μｍ）の光路差が発生し、波長λ１のレーザ光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する（０次回折光）。
一方、この階段構造に対して、第１の発光点ＥＰ１からの波長λ２のレーザ光束が入射した場合、波長λ２のレーザ光束は、重畳型回折構造ＨＯＥ３の入射した部位に応じて位相差が与えられ−２次の方向に回折する（−２次回折光）。このときの波長λ２のレーザ光束の−２次回折光の回折効率は３９．１％と極端に低い。尚、重畳型回折構造ＨＯＥ３に波長λ２のレーザ光束が入射すると、上述の−２次回折光の他に、±３次回折光も発生するが、この回折効率は１１．０％、であり、−２次回折光の回折効率よりもさらに低い。即ち、重畳型回折構造ＨＯＥ３は、波長λ２のレーザ光束を選択的に遮断するダイクロイックフィルターと同様の働きをするので、第１の光ピックアップ装置ＰＵ１においては、ＤＶＤに対する開口制限素子を別途搭載する必要がなく、簡素が構成とすることができる。
更に、この階段構造に対して、第２の発光点ＥＰ２からの波長λ３のレーザ光束が入射した場合、λ波長３のレーザ光束は、重畳型回折構造ＨＯＥ３の入射した部位に応じて位相差が与えられ±３次の方向に回折する（±３次回折光）。このときの波長λ３のレーザ光束の±３次回折光の回折効率は４０．５％と極端に低い。即ち、上述した重畳型回折構造ＨＯＥ２と、この重畳型回折構造ＨＯＥ３は、波長λ３のレーザ光束を選択的に遮断するダイクロイックフィルターと同様の働きをするので、第１の光ピックアップ装置ＰＵ１においては、ＣＤに対する開口制限素子を別途搭載する必要がなく、簡素が構成とすることができる。
更に、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２は、図２に示すように、ＤＶＤの開口数０．６０内の領域に相当する光軸を含む第４の光学機能領域ＡＲＥＡ４と、ＤＶＤの開口数０．６０から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に相当する第５の光学機能領域ＡＲＥＡ５とに分割されており、光軸を含む断面形状が鋸歯形状の複数の輪帯から構成された回折構造ＤＯＥ１、ＤＯＥ２が、それぞれ、光学機能領域ＡＲＥＡ４と光学機能領域ＡＲＥＡ５に形成されている。
回折構造ＤＯＥ１、ＤＯＥ２は、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの色収差と、入射波長変化に伴う球面収差変化を抑制するための構造である。
回折構造ＤＯＥ１において、光軸に最も近い段差の高さｄ０１は、波長３９０ｎｍの光束（収差補正素子Ｌ１の、波長３９０ｎｍに対する屈折率は１．５２７３である）に対して回折効率が１００％となるように設計されており、上述した（１６）式を満足する。このように段差の深さが設定された回折構造ＤＯＥ１に対して、波長λ１のレーザ光束が入射すると、＋２次回折光が９６．８％の回折効率で発生し、波長λ２のレーザ光束が入射すると、＋１次回折光が９３．９％の回折効率で発生し、波長λ３のレーザ光束が入射すると、＋１次回折光が９９．２％の回折効率で発生するので、何れの波長領域において十分な回折効率が得られるとともに、青紫色領域で色収差を補正した場合でも、波長λ２及び波長λ３の波長領域における色収差補正が過剰になりすぎない。
一方、回折構造ＤＯＥ２は、波長λ１に対して最適化されているため、回折構造ＤＯＥ２に対して、波長λ１のレーザ光束が入射すると、＋２次回折光が１００％の回折効率で発生する。
さらに、回折構造ＤＯＥ１、ＤＯＥ２は、青紫色領域において、入射光束の波長が長くなった場合に、球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなった場合に、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。これにより、入射波長変化に伴い集光素子で発生する球面収差変化を相殺しているので、青紫色半導体レーザＬＤ１の発振波長に対する規格を緩和することが可能である。
本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に型回折構造を形成した構成としたが、これとは、逆に、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に重畳型回折構造を形成した構成としてもよい。
[第２の実施の形態]
図３は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第２の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６７であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ２は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束を射出する第１の発光点ＥＰ１と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束を射出する第２の発光点ＥＰ２と、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２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とから構成された高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ用レーザモジュールＬＭ２、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束を射出する赤外半導体レーザＬＤ３と光検出器ＰＤ３とが一体化されたＣＤ用モジュールＭＤ２、収差補正素子Ｌ１とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２，ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成された対物光学系ＯＢＪ、２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯ、偏光ビームスプリッタＢＳ、コリメートレンズＣＯＬ、カップリングレンズＣＵＬとから構成されている。
光ピックアップ装置ＰＵ２において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第1の発光点ＥＰ１を発光させる。第1の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図３において実線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされた後、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、絞りＳＴＯ、偏光ビームスプリッタＢＳを透過した後、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部ＤＳ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ２において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第2の発光点ＥＰ２を発光させる。第2の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図３において点線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされた後、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面Ｒ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、偏光ビームスプリッタＢＳを透過した後、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、受光部ＤＳ２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。
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図３において二点鎖線でその光線経路を描いたように、ＣＤ用モジュールＭＤ２を作動させて赤外半導体レーザＬＤ３を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束は、カップリングレンズＣＵＬにより発散角が変換された後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、対物光学系ＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪを透過した後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、カップリングレンズＣＵＬにより発散角が変換され、ＣＤ用ＨＤ用モジュールＭＤ２の光検出器ＰＤ３の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ３の出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチックレンズであり、λ１に対する屈折率は１．５２４２、λ２に対する屈折率は１．５０６４、λ３に対する屈折率は１．５０５０である。また、集光素子Ｌ２は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５４３５であり、アッベ数νｄが５６．３のプラスチックレンズである。また、それぞれの光学機能部（青紫色半導体レーザＬＤ１からのレーザ光束が通過する、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の領域）の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有し、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を接合することで一体化されている。
尚、収差補正素子L１と集光素子L２とを一体化する場合には、別部材の接合部材を介して両者を一体化してもよい。
収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１は、図４に示すように、ＤＶＤの開口数０．６７内の領域に対応する光軸を含む第６の光学機能領域ＡＲＥＡ６と、ＤＶＤの開口数０．６７から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に対応する第７の光学機能領域ＡＲＥＡ７とに分割されており、第６の光学機能領域ＡＲＥＡ６には、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ４が形成されている。
第６の光学機能領域ＡＲＥＡ６に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ４において、各輪帯内に形成された階段構造の深さｄ３４は、
ｄ３４＝２λ１／（ｎ−１）（μｍ）
で算出される値に設定され、各輪帯内の段差数Ｎは４に設定されている。但し、λ１は青紫色半導体レーザＬＤ１から射出されるレーザ光束の波長をミクロン単位で表したものであり（ここでは、λ１＝０．４０８μｍ）、ｎは収差補正素子Ｌ１の波長λ１に対する屈折率である。
光軸方向の深さがこのように設定された階段構造に対して、第１の発光点ＥＰ１からの波長λ１のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段構造間では２×λ１（μｍ）の光路差が発生し、波長λ１のレーザ光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する（０次回折光）。
また、この階段構造に対して、波長λ３（ここでは、λ３＝０．７８５μｍ）のレーザ光束が入射した場合、波長λ３はλ１の略２倍であるので、隣接する階段構造間では略１×λ３（μｍ）の光路差が発生し、波長λ３のレーザ光束もλ１のレーザ光束と同様に、実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する（０次回折光）。
一方、この階段構造に対して、第２の発光点ＥＰ２からの波長λ２（ここでは、λ２＝０．６５８μｍ）のレーザ光束が入射した場合、各輪帯内の段差数Ｎは５に設定されているため、λ２のレーザ光束は、重畳型回折構造ＨＯＥ１の入射した部位に応じて位相差が与えられ＋１次の方向に回折する（＋１次回折光）。このときの波長λ２のレーザ光束の＋１次回折光の回折効率は、８７．５％となるが、ＤＶＤに対する情報の記録／再生には十分な光量である。
重畳型回折構造ＨＯＥ４の各輪帯の幅Λ４、及び各輪帯の傾斜方向（図３において、各階段構造の包絡線ｌ４の傾斜方向）は、波長λ２のレーザ光束が入射した場合に、回折作用により＋１次回折光に対して補正不足方向の球面収差が付加されるように設定されている。
対物光学系ＯＢＪは、波長λ１と倍率ｍ１＝０と高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１との組合せに対して球面収差が最小となるように設計されている。そのため、本実施の形態のように、波長λ１のレーザ光束に対する倍率ｍ１と、波長λ２のレーザ光束に対する倍率ｍ２とを略同じとする場合、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１と、ＤＶＤの保護層ＰＬ２の厚さの違いにより、対物光学系ＯＢＪとＤＶＤの保護層ＰＬ２とを透過した波長λ２のレーザ光束の球面収差は補正過剰方向となってしまう。
ここで、重畳型回折構造ＨＯＥ４の各輪帯の幅Λ４、及び各輪帯の傾斜方向は、重畳型回折構造ＨＯＥ４に対して波長λ２のレーザ光束が入射した場合に、回折作用により＋１次回折光に対して付加される補正不足方向の球面収差量と、波長λ１に対する倍率ｍ１と波長λ２に対する倍率ｍ２とを略同じとしたことに起因して発生する上記補正過剰方向の球面収差とが互いに相殺するように設定されている。これにより、重畳型回折構造ＨＯＥ４とＤＶＤの保護層ＰＬ２とを透過した波長λ２のレーザ光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上で良好なスポットを形成する。
上記の説明においては、波長λ１に対する倍率ｍ１と、λ２に対する倍率ｍ２とを略同じとしたことに起因して発生する上記補正過剰方向の球面収差を補正するために、重畳型回折構造ＨＯＥ４を、波長λ２のレーザ光束が入射した場合に補正不足方向の球面収差を発生するような構造としたが、重畳型回折構造ＨＯＥ４の回折パワーを負となるように設定し、波長λ２のレーザ光束が入射した場合に波長λ２のレーザ光束の発散度を大きくして射出するような構造としてもよい。
この場合は、重畳型回折構造ＨＯＥ４に入射した波長λ２のレーザ光束は、その発散度が大きくなって射出される。これは集光素子Ｌ２にとっては、倍率が小さくなることに相当するので、集光素子Ｌ２に入射した波長λ２のレーザ光束には、この倍率変化により補正不足方向の球面収差が付加される。この補正不足方向の球面収差と、波長λ１に対する倍率ｍ１と、λ２に対する倍率ｍ２とを略同じとしたことに起因して発生する上記補正過剰方向の球面収差とが相殺されるように、重畳型回折構造ＨＯＥ４の各輪帯間の幅Λ４、及び各輪帯の傾斜方向を決定する。
更に、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２は、図４に示すように、ＤＶＤの開口数０．６７内の領域に相当する光軸を含む第８の光学機能領域ＡＲＥＡ８と、ＤＶＤの開口数０．６７から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に相当する第９の光学機能領域ＡＲＥＡ９とに分割されており、光軸を含む断面形状が鋸歯形状の複数の輪帯から構成された回折構造ＤＯＥ３、ＤＯＥ４が、それぞれ、光学機能領域ＡＲＥＡ８と光学機能領域ＡＲＥＡ９に形成されている。
回折構造ＤＯＥ３、ＤＯＥ４は、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの色収差と、温度変化に伴う球面収差変化を抑制するための構造である。
回折構造ＤＯＥ３において、光軸に最も近い段差の高さｄ０３は、波長３９０ｎｍの光束（収差補正素子Ｌ１の、波長３９０ｎｍに対する屈折率は１．５２７３である）に対して回折効率が１００％となるように設計されており、上述した（１６）式を満足する。このように段差の深さが設定された回折構造ＤＯＥ１に対して、波長λ１のレーザ光束が入射すると、＋２次回折光が９６．８％の回折効率で発生し、波長λ２のレーザ光束が入射すると、＋１次回折光が９３．９％の回折効率で発生し、波長λ３のレーザ光束が入射すると、＋１次回折光が９９．２％の回折効率で発生するので、何れの波長領域において十分な回折効率が得られるとともに、青紫色領域で色収差を補正した場合でも、波長λ２及び波長λ３の波長領域における色収差補正が過剰になりすぎない。
一方、回折構造ＤＯＥ４は、波長λ１に対して最適化されているため、回折構造ＤＯＥ４に対して、波長λ１のレーザ光束が入射すると、＋２次回折光が１００％の回折効率で発生する。
さらに、回折構造ＤＯＥ３、ＤＯＥ４は、青紫色領域において、入射光束の波長が長くなった場合に、球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなった場合に、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。これにより、環境温度変化に伴い集光素子で発生する球面収差変化を相殺することで、高ＮＡのプラスチックレンズである対物光学系ＯＢＪの使用可能な温度範囲を広げている。
本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に型回折構造を形成した構成としたが、これとは、逆に、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に重畳型回折構造を形成した構成としてもよい。
また、本実施の形態の対物光学系ＯＢＪは、無限遠物点に対して正弦条件が補正された光学系であるため、有限物点に対する正弦条件を満足していない。そのため、ＣＤに対する情報の記録／再生を行う場合のように、対物光学系ＯＢＪに対して発散光束が入射する場合には、対物光学系ＯＢＪが光軸に垂直な方向（ＣＤのトラック方向）にシフトすると、赤外半導体レーザＬＤ３の発光点が軸外物点となるために、コマ収差が発生する。
カップリングレンズＣＵＬは、かかるコマ収差を低減させる機能を有するコマ収差補正素子であって、対物光学系ＯＢＪが２軸アクチュエータＡＣにより光軸に垂直な方向に駆動されない場合に、波長λ３のレーザ光束が通過する有効径内では、球面収差が回折限界以下となるように補正され、この有効径の外側では、補正過剰方向に球面収差が発生するように設計されている。
これにより、対物光学系ＯＢＪが光軸に垂直な方向にシフトした場合には、波長λ３のレーザ光束は、大きな球面収差を持つように設計された領域を通過するので、カップリングレンズＣＵＬと対物光学系ＯＢＪを透過した波長λ３のレーザ光束にはコマ収差が付加される。カップリングレンズＣＵＬの有効径より外側の球面収差の方向と大きさは、このコマ収差と、赤外半導体レーザＬＤ３の発光点が軸外物点となることに起因するコマ収差とが相殺されるように決定されている。
このように設計されたカップリングレンズＣＵＬと組合わせて使用することで、有限物点に対する正弦条件を満たしていない対物光学系ＯＢＪのＣＤに対するトラッキング特性を良好なものとすることとが可能となる。
ここで、本実施の形態の第２の光ピックアップ装置ＰＵ２におけるＤＶＤ及びＣＤに対して情報の記録／再生を行う際の開口切り替えについて説明する。
第２の光ピックアップ装置ＰＵ２では、ＮＡ１、ＮＡ２及びＮＡ３がそれぞれ異なるので、ＤＶＤやＣＤに対して情報の記録／再生を行う際には、それぞれの光ディスクの開口数に応じて開口を切り替える必要がある。
重畳型回折構造ＨＯＥ４は、光軸を含む第６の光学機能領域ＡＲＥＡ６に形成されているので、波長λ２に対する球面収差は、第６の光学機能領域ＡＲＥＡ６を通過する光束に対してのみ補正され、その周囲を囲む第７の光学機能領域ＡＲＥＡ７を通過する光束に対しては補正されない。従って、対物光学系ＯＢＪに入射した波長λ２の光束のうち、第７の光学機能領域ＡＲＥＡ７を通過する光束は、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上へのスポット形成に寄与しないフレア成分となる。
これは自動的にＮＡ２に対応した開口切り替えがなされることと等価であるので、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２においては、ＤＶＤの開口数ＮＡ２に対応した開口制限素子を別途設ける必要はない。
一方、対物光学系ＯＢＪは、波長λ３に対する開口切り替え機能を備えていないので、ＣＤの開口数ＮＡ３に対応した開口制限素子を別途設ける必要があり、対物光学系ＯＢＪはかかる開口制限素子として、収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に波長選択フィルタＷＦが形成されている。
波長選択フィルタＷＦは、図１２に示すように、ＮＡ３内の領域ではλ１乃至λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３より外側の領域では、波長λ３のみを遮断するような透過率の波長選択性を有しており、かかる波長選択性によりＮＡ３に対応した開口切り替えが行われる。
尚、波長選択フィルタＷＦには、図１３に示すような透過率の波長選択性を持たせてもよい。この波長選択フィルタＷＦは、ＮＡ３内の領域ではλ１乃至λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３からＮＡ２の領域では波長λ３のみを遮断し、ＮＡ２からＮＡ１の領域では波長λ２及びλ３を遮断するような透過率の波長選択性を有しているので、かかる波長選択性によりＮＡ２及びＮＡ３に対応した開口切り替えを行うことができる。
また、本実施の形態では、収差補正素子Ｌ１の光学機能面上に波長選択フィルタＷＦを形成したが、集光素子Ｌ２の光学機能面上に形成してもよく、或いは、かかる波長選択フィルタＷＦをその光学機能面上に形成した開口制限素子ＡＰを別途搭載してもよい。この場合には、２軸アクチュエータＡＣにより、開口制限素子ＡＰと対物光学系ＯＢＪとを一体にトラッキング駆動させるのが好ましい。
[第３の実施の形態]
図５は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第３の光ピックアップ装置ＰＵ３の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６７であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．５１である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ３は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１と光検出器ＰＤ１とが一体化された高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束を射出する第１の発光点ＥＰ１と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束を射出する第２の発光点ＥＰ２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ＤＶＤ／ＣＤ用レーザモジュールＬＭ１、収差補正素子Ｌ１とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２，ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成された対物光学系ＯＢＪ、２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯ、偏光ビームスプリッタＢＳ、コリメートレンズＣＯＬ、カップリングレンズＣＵＬとから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
光ピックアップ装置ＰＵ３において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図５において実線でその光線経路を描いたように、高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１を作動させて青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされ、偏光ビームスプリッタＢＳを透過した後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、絞りＳＴＯ、偏光ビームスプリッタＢＳ、及びコリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、高密度光ディスク用ＨＤ用モジュールＭＤ１の光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ３において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第１の発光点ＥＰ１を発光させる。第１の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図５において波線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、カップリングレンズＣＵＬによりその発散角が変換された後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪを透過し、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、カップリングレンズＣＵＬにより、発散角が変換され、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、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。
また、光ピックアップ装置ＰＵ３において、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２の発光点ＥＰ２を発光させる。第２の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図５において二点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、カップリングレンズＣＵＬによりその発散角が変換された後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、対物光学系ＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪを透過し、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、カップリングレンズＣＵＬにより、発散角が変換され、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、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。
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチックレンズであり、λ１に対する屈折率は１．５２４２、λ２に対する屈折率は１．５０６４、λ３に対する屈折率は１．５０５０である。また、集光素子Ｌ２は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５４３５であり、アッベ数νｄが５６．３のプラスチックレンズである。また、それぞれの光学機能部（青紫色半導体レーザＬＤ１からのレーザ光束が通過する、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の領域）の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有し、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を接合することで一体化されている。
尚、収差補正素子L１と集光素子L２とを一体化する場合には、別部材の接合部材を介して両者を一体化してもよい。
収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１は、図６に示すように、ＤＶＤの開口数０．６７内の領域に対応する光軸を含む第１０の光学機能領域ＡＲＥＡ１０と、ＤＶＤの開口数０．６７から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に対応する第１１の光学機能領域ＡＲＥＡ１１とに分割されており、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ５が、第１０の光学機能領域ＡＲＥＡ１０に形成されている。
第１０の光学機能領域ＡＲＥＡ１０に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ５において、各輪帯内に形成された階段構造の深さｄ３５は、
ｄ３５＝２λ１／（ｎ−１）（μｍ）
で算出される値に設定され、各輪帯内の段差数Ｎは４に設定されている。但し、λ１は青紫色半導体レーザＬＤ１から射出されるレーザ光束の波長をミクロン単位で表したものであり（ここでは、λ１＝０．４０８μｍ）、ｎは収差補正素子Ｌ１の波長λ１に対する屈折率である。
光軸方向の深さがこのように設定された階段構造に対して、波長λ１のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段構造間では２×λ１（μｍ）の光路差が発生し、波長λ１のレーザ光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する（０次回折光）。
また、この階段構造に対して、波長λ３（ここでは、λ３＝０．７８５μｍ）のレーザ光束が入射した場合、波長λ３はλ１の略２倍であるので、隣接する階段構造間では略１×λ３（μｍ）の光路差が発生し、波長λ３のレーザ光束もλ１のレーザ光束と同様に、実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する（０次回折光）。
一方、この階段構造に対して、第２の発光点ＥＰ２からの波長λ２（ここでは、λ２＝０．６５８μｍ）のレーザ光束が入射した場合、各輪帯内の段差数Ｎは５に設定されているため、λ２のレーザ光束は、重畳型回折構造ＨＯＥ５の入射した部位に応じて位相差が与えられ１次の方向に回折する（＋１次回折光）。このときの波長λ２のレーザ光束の＋１次回折光の回折効率は、８７．５％となるが、ＤＶＤに対する情報の記録／再生には十分な光量である。
重畳型回折構造ＨＯＥ５の各輪帯の幅Λ５、及び各輪帯の傾斜方向（図５において、各階段構造の包絡線ｌ５の傾斜方向）は、波長λ２のレーザ光束が入射した場合に、回折作用により＋１次回折光に対して補正不足方向の球面収差が付加されるように設定されている。
更に、重畳型回折構造ＨＯＥ５の階段構造の幅の最小値Ｐは、ＳＰＤＴによる金型加工を容易にし、青紫色領域の波長λ１に対して、金型の形状誤差による回折効率低下が大きくなり過ぎないようするために、上述の（９）式を満たすように設定されている。
そのため、重畳型回折構造ＨＯＥ５の作用だけでは、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１とＤＶＤの保護層ＰＬ２の厚さに起因して発生する補正過剰方向の球面収差を補正しきれない。
そこで、対物光学系ＯＢＪの波長λ２に対する倍率ｍ２は、重畳型回折構造ＨＯＥ５で補正しきれずに残留した補正過剰方向の球面収差が補正されるように設定されている。これにより、重畳型回折構造ＨＯＥ５とＤＶＤの保護層ＰＬ２とを透過した波長λ２のレーザ光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上で良好なスポットを形成する。
上記の説明においては、重畳型回折構造ＨＯＥ５を、波長λ２のレーザ光束が入射した場合に補正不足方向の球面収差を発生するような構造としたが、重畳型回折構造ＨＯＥ５の回折パワーを負となるように設定し、波長λ２のレーザ光束が入射した場合にλ２のレーザ光束の発散度を大きくして射出するような構造としてもよい。
この場合は、重畳型回折構造ＨＯＥ５に入射した波長λ２のレーザ光束は、その
発散度が大きくなって射出される。これは集光素子Ｌ２にとっては、倍率が小さくなることに相当するので、集光素子Ｌ２に入射した波長λ２のレーザ光束には、この倍率変化により補正不足方向の球面収差が付加される。この場合にも、重畳型回折構造ＨＯＥ５の各輪帯間の幅Λ５、各輪帯の傾斜方向は、上述した（９）式が満たされるように決定され、対物光学系ＯＢＪの波長λ２に対する倍率ｍ２は、重畳型回折構造ＨＯＥ５で補正しきれずに残留した補正過剰方向の球面収差が補正されるように決定される。
更に、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２は、図６に示すように、ＤＶＤの開口数０．６７内の領域に相当する光軸を含む第１２の光学機能領域ＡＲＥＡ１２と、ＤＶＤの開口数０．６７から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に相当する第１３の光学機能領域ＡＲＥＡ１３とに分割されており、光軸を含む断面形状が鋸歯形状の複数の輪帯から構成された回折構造ＤＯＥ５、ＤＯＥ６が、それぞれ、光学機能領域ＡＲＥＡ１２と光学機能領域ＡＲＥＡ１３に形成されている。
回折構造ＤＯＥ５、ＤＯＥ６は、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの色収差と、温度変化に伴う球面収差変化を抑制するための構造であり、その具体的な構造は、光ピックアップ装置ＰＵ２の回折構造ＤＯＥ３、ＤＯＥ４と同様であるので、ここでは、詳細な説明は省略する。
本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に回折構造を形成した構成としたが、これとは、逆に、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に重畳型回折構造を形成した構成としてもよい。
また、カップリングレンズＣＵＬは、第１の発光点ＥＰ１から射出された波長λ２のレーザ光束と、第２の発光点ＥＰ２から射出された波長λ３のレーザ光束との発散角を、それぞれ、対物光学系ＯＢＪの波長λ２に対する倍率ｍ２と、波長λ３に対する倍率ｍ３とに対応する発散角に変換して射出するための光学素子である。
カップリングレンズＣＵＬは、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチックレンズであり、λ２に対する屈折率は１．５０６４、λ３に対する屈折率は１．５０５０である。
ここで、カップリングレンズＣＵＬの、波長λ２に対する近軸における屈折パワーは、第１の発光点ＥＰ１から射出された波長λ２のレーザ光束の発散角を、対物光学系ＯＢＪの波長λ２に対する倍率ｍ２に対応する発散角に変換して射出できるように決定されている。
カップリングレンズＣＵＬの光ディスク側の光学機能面Ｓ２は、ＣＤの開口数０．５１内の領域に相当する光軸を含む第１４の光学機能領域ＡＲＥＡ１４（図示略）と、ＣＤの開口数０．５１からＤＶＤの開口数０．６７までの領域に相当する第１５の光学機能領域ＡＲＥＡ１５（図示略）とに分割されており、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ６が、光学機能領域ＡＲＥＡ１４に形成されている。
第１４の光学機能領域ＡＲＥＡ１４に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ６において、各輪帯内に形成された階段構造の深さｄ３６は、
ｄ３６＝１λ２／（ｎ−１）（μｍ）
で算出される値に設定され、各輪帯内の段差数Ｎは５に設定されている。但し、λ２は、第１の発光点ＥＰ１から射出されるレーザ光束の波長をミクロン単位で表したものであり、ｎはカップリングレンズＣＵＬの波長λ２に対する屈折率である。
光軸方向の深さがこのように設定された階段構造に対して、波長λ２のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段構造間では１×λ１（μｍ）の光路差が発生し、波長λ２のレーザ光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する（０次回折光）。
一方、この階段構造に対して、第２の発光点ＥＰ２からの波長λ３のレーザ光束が入射した場合、各輪帯内の段差数Ｎは５に設定されているため、λ３のレーザ光束は、重畳型回折構造ＨＯＥ６の入射した部位に応じて位相差が与えられ−１次の方向に回折する（−１次回折光）。このときの波長λ３のレーザ光束の−１次回折光の回折効率は、９１．１％となるが、ＣＤに対する情報の記録／再生には十分な光量である。
重畳型回折構造ＨＯＥ６の波長λ３に対する近軸における回折パワーは、負となるように設定されており、重畳型回折構造ＨＯＥ６の各輪帯の幅Λ６、及び各輪帯の傾斜方向（図５において、各階段構造の包絡線ｌ６の傾斜方向）は、第２の発光点ＥＰ２から射出された波長λ３のレーザ光束の発散角が、対物光学系ＯＢＪの波長λ３に対する倍率ｍ３に対応する発散角に変換されるように決定されている。
このように、重畳型回折構造ＨＯＥ６の回折作用の波長選択性を利用することで、対物光学系ＯＢＪの波長λ２に対する倍率ｍ２と、波長λ３に対する倍率ｍ３とが互いに異なる場合でも、ＤＶＤ用のレーザ光源とＣＤ用のレーザ光源とが集積化されたＤＶＤ／ＣＤ用レーザモジュールＬＭ１の使用が可能となる。
ここで、本実施の形態の第３の光ピックアップ装置ＰＵ３におけるＤＶＤ及びＣＤに対して情報の記録／再生を行う際の開口切り替えについて説明する。
第３の光ピックアップ装置ＰＵ３では、ＮＡ１、ＮＡ２及びＮＡ３がそれぞれ異なるので、ＤＶＤやＣＤに対して情報の記録／再生を行う際には、それぞれの光ディスクの開口数に応じて開口を切り替える必要がある。
重畳型回折構造ＨＯＥ５は、光軸を含む第１０の光学機能領域ＡＲＥＡ１０に形成されているので、波長λ２に対する球面収差は、第１０の光学機能領域ＡＲＥＡ１０を通過する光束に対してのみ補正され、その周囲を囲む第１１の光学機能領域ＡＲＥＡ１１を通過する光束に対しては補正されない。従って、対物光学系ＯＢＪに入射した波長λ２の光束のうち、第１１の光学機能領域ＡＲＥＡ１１を通過する光束は、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上へのスポット形成に寄与しないフレア成分となる。
これは自動的にＮＡ２に対応した開口切り替えがなされることと等価であるので、第３の光ピックアップ装置ＰＵ３においては、ＤＶＤの開口数ＮＡ２に対応した開口制限素子を別途設ける必要はない。
一方、対物光学系ＯＢＪは、波長λ３に対する開口切り替え機能を備えていないので、ＣＤの開口数ＮＡ３に対応した開口制限素子を別途設ける必要があり、対物光学系ＯＢＪはかかる開口制限素子として、収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に波長選択フィルタＷＦが形成されている。
波長選択フィルタＷＦは、図１２に示すように、ＮＡ３内の領域ではλ１乃至λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３より外側の領域では、波長λ３のみを遮断するような透過率の波長選択性を有しており、かかる波長選択性によりＮＡ３に対応した開口切り替えが行われる。
尚、波長選択フィルタＷＦには、図１３に示すような透過率の波長選択性を持たせてもよい。この波長選択フィルタＷＦは、ＮＡ３内の領域ではλ１乃至λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３からＮＡ２の領域では波長λ３のみを遮断し、ＮＡ２からＮＡ１の領域では波長λ２及びλ３を遮断するような透過率の波長選択性を有しているので、かかる波長選択性によりＮＡ２及びＮＡ３に対応した開口切り替えを行うことができる。
また、本実施の形態では、収差補正素子Ｌ１の光学機能面上に波長選択フィルタＷＦを形成したが、集光素子Ｌ２の光学機能面上に形成してもよく、或いは、かかる波長選択フィルタＷＦをその光学機能面上に形成した開口制限素子ＡＰを別途搭載してもよい。この場合には、２軸アクチュエータＡＣにより、開口制限素子ＡＰと対物光学系ＯＢＪとを一体にトラッキング駆動させるのが好ましい。
[第４の実施の形態]
図７は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第４の光ピックアップ装置ＰＵ４の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．６５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．５０である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ４は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１と光検出器ＰＤ１とが一体化された高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束を射出する第１の発光点ＥＰ１と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束を射出する第２の発光点ＥＰ２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ＤＶＤ／ＣＤ用レーザモジュールＬＭ１、対物光学系ＯＢＪ、２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．６５に対応した絞りＳＴＯ、偏光ビームスプリッタＢＳ、コリメートレンズＣＯＬとから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
光ピックアップ装置ＰＵ４において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図７において実線でその光線経路を描いたように、高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１を作動させて青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされ、偏光ビームスプリッタＢＳを透過した後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、絞りＳＴＯ、偏光ビームスプリッタＢＳ、及びコリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、高密度光ディスク用ＨＤ用モジュールＭＤ１の光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ４において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第１の発光点ＥＰ１を発光させる。第１の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図７において波線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪを透過し、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、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。
また、光ピックアップ装置ＰＵ４において、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２の発光点ＥＰ２を発光させる。第２の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図７において二点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、対物光学系ＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪを透過し、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、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。
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。対物光学系ＯＢＪは、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチックレンズであり、λ１に対する屈折率は１．５２４２、λ２に対する屈折率は１．５０６４、λ３に対する屈折率は１．５０５０である。
対物光学系ＯＢＪの半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１は、図８に示すように、ＣＤの開口数０．５０内の領域に対応する光軸を含む第１６の光学機能領域ＡＲＥＡ１６と、ＣＤの開口数０．５０から高密度光ディスクＨＤ（ＤＶＤ）の開口数０．６５までの領域に対応する第１７の光学機能領域ＡＲＥＡ１７とに分割されており、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ７が、第１６の光学機能領域ＡＲＥＡ１６に形成されている。
重畳型回折構造ＨＯＥ７の各輪帯の幅Λ７、及び各輪帯の傾斜方向は、重畳型回折構造ＨＯＥ７に対して波長λ２のレーザ光束が入射した場合に、回折作用により＋１次回折光に対して付加される補正過剰方向の球面収差量と、波長λ２に対する倍率ｍ２と、λ３に対する倍率ｍ３とを略同じとしたことに起因して発生する上記補正不足方向の球面収差とが互いに相殺するように設定されている。これにより、重畳型回折構造ＨＯＥ１とＤＶＤの保護層ＰＬ２とを透過した波長λ２のレーザ光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上で良好なスポットを形成する。
重畳型回折構造ＨＯＥ７の具体的な構造は、光ピックアップ装置ＰＵ１の重畳型回折構造ＨＯＥ１の構造と同様であるので、ここでは、詳細な説明は省略する。
尚、重畳型回折構造ＨＯＥ７においても、光ピックアップ装置ＰＵ１の重畳型回折構造ＨＯＥ１と同様に、近軸における回折パワーを正となるように設定し、波長λ２のレーザ光束が入射した場合にλ２のレーザ光束の発散度を小さくして射出するような構造としてもよい。
更に、対物光学系ＯＢＪの半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１の全面には、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの温度変化に伴う球面収差変化を抑制するための構造である光路差付与構造ＮＰＳが形成されている。
光路差付与構造ＮＰＳにおいて、光軸に最も近い段差の高さｄ１１は、隣接する階段構造間で波長λ１に対して１０×λ１（μｍ）の光路差が付加されるように設計されている。この段差で分割された隣接する輪帯により、波長λ２及びλ３の各波長に対して付加される光路差Φ２及びΦ３を、上述した（２２）及び（２３）式により計算すると、Φ２＝５．９９、Φ３＝５．０１となる。Φ２とΦ３はほぼ整数であるので、光路差付与構造ＮＰＳによる高次の球面収差の発生が小さく、高い透過率を実現できる。
更に、図８に示すように、光路差付与構造ＮＰＳにおいて、中心領域の外側に隣接する輪帯は、中心領域に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成され、最大有効径位置における輪帯は、その内側に隣接する輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移して形成され、最大有効径の７５％の位置における輪帯は、その内側に隣接する輪帯とその外側に隣接する輪帯とに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されている。
このような構成の光路差付与構造ＮＰＳは、屈折率が低くなった場合に球面収差が補正不足方向に変化し、屈折率が高くなった場合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屈折率依存性をもつので、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの温度変化に伴う球面収差変化を抑制することが可能となる。
尚、コリメートレンズＣＯＬの光ディスク側の光学機能面の全面には、光軸を含む断面形状が鋸歯形状の複数の輪帯から構成された回折構造ＤＯＥ７が形成されているが、これは、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの色収差を抑制するための構造である。
ここで、本実施の形態の第４の光ピックアップ装置ＰＵ４におけるＣＤに対して情報の記録／再生を行う際の開口切り替えについて説明する。
第４の光ピックアップ装置ＰＵ４では、ＮＡ１（＝ＮＡ２）とＮＡ３が異なるので、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う際には開口数ＮＡ３に応じて開口を切り替える必要がある。
対物光学系ＯＢＪは、波長λ３に対する開口切り替え機能を備えていないので、ＣＤの開口数ＮＡ３に対応した開口制限素子を別途設ける必要があり、対物光学系ＯＢＪはかかる開口制限素子として半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に波長選択フィルタＷＦが形成されている。
波長選択フィルタＷＦは、図１２に示すように、ＮＡ３内の領域ではλ１乃至λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３より外側の領域では、波長λ３のみを遮断するような透過率の波長選択性を有しており、かかる波長選択性によりＮＡ３に対応した開口切り替えが行われる。
また、ＮＡ１、ＮＡ２及びＮＡ３が互いに異なる場合には、波長選択フィルタＷＦに図１３に示すような透過率の波長選択性を持たせるのが好ましいこの波長選択フィルタＷＦは、ＮＡ３内の領域ではλ１乃至λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３からＮＡ２の領域では波長λ３のみを遮断し、ＮＡ２からＮＡ１の領域では波長λ２及びλ３を遮断するような透過率の波長選択性を有しているので、かかる波長選択性によりＮＡ２及びＮＡ３に対応した開口切り替えを行うことができる。
また、本実施の形態では、対物光学系ＯＢＪの光学機能面上に波長選択フィルタＷＦを形成したが、かかる波長選択フィルタＷＦをその光学機能面上に形成した開口制限素子ＡＰを別途搭載してもよい。この場合には、２軸アクチュエータＡＣにより、開口制限素子ＡＰと対物光学系ＯＢＪとを一体にトラッキング駆動させるのが好ましい。
[第５の実施の形態]
図１４は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第５の光ピックアップ装置ＰＵ５の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ５は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１、と光検出器ＰＤ１とが一体化された高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２と光検出器ＰＤ２とが一体化されたＤＶＤ用モジュールＭＤ２、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束を射出する赤外半導体レーザＬＤ３と光検出器ＰＤ３とが一体化されたＣＤ用モジュールＭＤ３、収差補正素子Ｌ１とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２，ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成された対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯ、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、コリメートレンズＣＯＬ、１軸アクチュエータＵＡＣ、ビーム整形素子ＳＨとから構成されている。
光ピックアップ装置ＰＵ５において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１４において実線でその光線経路を描いたように、高密度光ディスク用モジュールＭＤ１を作動させて青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＳＨを透過することにより、その断面形状が楕円形から円形に整形され、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過し、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換された後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２を透過し、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、コリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１、ビーム整形素子ＳＨと透過し、高密度光ディスク用ＨＤ用モジュールＭＤ１の光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ５においてＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１４において点線でその光線経路を描いたように、ＤＶＤ用モジュールＭＤ２を作動させて赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射され、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換された後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２を透過し、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、コリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、ＤＶＤ用モジュールＭＤ２の光検出器ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ２の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１４において二点鎖線でその光線経路を描いたように、ＣＤ用モジュールＭＤ３を作動させて赤外半導体レーザＬＤ３を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束は、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射された後、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪを透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、ＣＤ用モジュールＭＤ３の光検出器ＰＤ３の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ３の出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチックレンズであり、λ１に対する屈折率は１．５２４２、λ２に対する屈折率は１．５０６４、λ３に対する屈折率は１．５０５０である。また、集光素子Ｌ２は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５４３５であり、アッベ数νｄが５６．３のプラスチックレンズである。また、それぞれの光学機能部（青紫色半導体レーザＬＤ１からのレーザ光束が通過する、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の領域）の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有し、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を接合することで一体化されている。
収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１は、図１５（ａ）に示すように、ＤＶＤの開口数０．６０内の領域に対応する光軸を含む第１８の光学機能領域ＡＲＥＡ１８と、ＤＶＤの開口数０．６０から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に対応する第１９の光学機能領域ＡＲＥＡ１９とに分割されており、第１８の光学機能領域ＡＲＥＡ１８には、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ８が形成されている。
第１８の光学機能領域ＡＲＥＡ１８に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ８の構造は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２における重畳型回折構造ＨＯＥ４と同じであるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
更に、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２は、図１５（ｃ）に示すように、ＤＶＤの開口数０．６０内の領域に相当する光軸を含む第２０の光学機能領域ＡＲＥＡ２０と、ＤＶＤの開口数０．６０から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に相当する第２１の光学機能領域ＡＲＥＡ２１とに分割されており、光軸を含む断面形状が鋸歯形状の複数の輪帯から構成された回折構造ＤＯＥ８、ＤＯＥ９が、それぞれ、光学機能領域ＡＲＥＡ２０と光学機能領域ＡＲＥＡ２１に形成されている。
回折構造ＤＯＥ８、ＤＯＥ９は、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの色収差と、温度変化に伴う球面収差変化を抑制するための構造であり、その構造は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２における回折構造ＤＯＥ３、ＤＯＥ４と同じであるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に型回折構造を形成した構成としたが、これとは、逆に、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に重畳型回折構造を形成した構成としてもよい。
また、本実施の形態のコリメートレンズＣＯＬは、１軸アクチュエータＵＡＣにより光軸方向にその位置が変移可能であるように構成されている。これにより、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能となるので、高密度光ディスクＨＤに対して常に良好な記録／再生特性を維持することができる。
コリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系ＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクに対する記録／再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
以上の説明では、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する場合について説明したが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差をコリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正するようにしても良い。
また、本実施の形態では、ＤＶＤやＣＤに対して情報の記録／再生を行う際に、それぞれの光ディスクの開口数ＮＡに応じて、対物光学系ＯＢＪの開口を切り替えるための素子として、接合部材Ｂを介して対物光学系ＯＢＪと一体化された開口制限素子ＡＰを備えている。
開口制限素子ＡＰの光学機能面上には、図１３に示すような透過率の波長選択性を有する波長選択フィルタＷＦが形成されている。この波長選択フィルタＷＦは、ＮＡ３内の領域ではλ１乃至λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３からＮＡ２の領域では波長λ３のみを遮断し、ＮＡ２からＮＡ１の領域では波長λ２及びλ３を遮断するような透過率の波長選択性を有しているので、かかる波長選択性によりＮＡ２及びＮＡ３に対応した開口切り替えを行うことができる。
尚、本実施の形態における対物光学系ＯＢＪは、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２、及び第３の光ピックアップ装置ＰＵ３と同様に、ＤＶＤの開口数ＮＡ２に対応する開口切り替え機能を有するので、波長選択フィルタＷＦには、図１２に示すような透過率の波長選択性を持たせてもよい。
〈第６の実施の形態〉
図１８は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第６の光ピックアップ装置ＰＵ６の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ６は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１と光検出器ＰＤ１とが一体化された高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束を射出する第１の発光点ＥＰ１と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束を射出する第２の発光点ＥＰ２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ＤＶＤ／ＣＤ用レーザモジュールＬＭ１、収差補正素子Ｌ１とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２，ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成された対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯ、１軸アクチュエータＵＡＣ、エキスパンダーレンズＥＸＰ、偏光ビームスプリッタＢＳ、コリメートレンズＣＯＬ、カップリングＣＵＬ、ビーム整形素子ＳＨとから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
エキスパンダーレンズＥＸＰは、近軸における屈折力が負である第１レンズＥＸＰ１と、近軸における屈折力が正である第２レンズＥＸＰ２とから構成されている。
光ピックアップ装置ＰＵ６において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１８において実線でその光線経路を描いたように、高密度光ディスク用モジュールＭＤ１を作動させて青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＳＨを透過することによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換され、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径され、偏光ビームスプリッタＢＳを透過した後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、偏光ビームスプリッタＢＳ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、エキスパンダーレンズＥＸＰ、コリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、ビーム整形素子ＳＨを透過し、高密度光ディスク用ＨＤ用モジュールＭＤ１の光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ６において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ１を発光させる。発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図１８において波線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、カップリングレンズＣＵＬにより平行光束に変換された後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪを透過し、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、カップリングレンズＣＵＬにより収斂光束となり、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、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。
また、光ピックアップ装置ＰＵ６において、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ２を発光させる。発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図１８において二点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、カップリングレンズＣＵＬにより発散角が変換され、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰを透過し、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、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。
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチックレンズであり、λ１に対する屈折率は１．５２４２、λ２に対する屈折率は１．５０６４、λ３に対する屈折率は１．５０５０である。また、集光素子Ｌ２は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．６０６２であり、アッベ数νｄが６１．２のガラスレンズである。また、収差補正素子Ｌ１、集光素子Ｌ２、開口制限素子ＡＰは、接合部材Ｂを介して一体化されている。
収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１は、図示は省略するが、ＤＶＤの開口数０．６０内の領域に対応する光軸を含む第２２の光学機能領域ＡＲＥＡ２２と、ＤＶＤの開口数０．６０から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に対応する第２３の光学機能領域ＡＲＥＡ２３とに分割されており、第２２の光学機能領域ＡＲＥＡ２２には、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ９が形成されている。
第２２の光学機能領域ＡＲＥＡ２２に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ９の構造は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２における重畳型回折構造ＨＯＥ４と同じであるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造を形成した構成としたが、これとは、逆に、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に重畳型回折構造を形成した構成としてもよい。
また、本実施の形態のエキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズＥＸＰ１は、１軸アクチュエータＵＡＣにより光軸方向にその位置が変移可能であるように構成されている。これにより、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能となるので、高密度光ディスクＨＤに対して常に良好な記録／再生特性を維持することができる。
第１レンズＥＸＰ１の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系ＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクに対する記録／再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
更に、第２レンズＥＸＰ２の光ディスク側の光学機能面上には、面形状が鋸歯形状の複数の輪帯から構成された回折構造ＤＯＥ１０が形成されている。回折構造ＤＯＥ１０は、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの色収差を補正するための構造であり、波長λ１に対する第２レンズＥＸＰ２の近軸におけるパワーＰλ１、波長λ１＋１０（ｎｍ）に対する第２レンズＥＸＰ２の近軸におけるパワーＰλ１＋１０、波長λ１−１０（ｎｍ）に対する第２レンズＥＸＰ２の近軸におけるパワーＰλ１−１０が、
Ｐλ１＋１０＜Ｐλ１＜Ｐλ１−１０
なる関係を満たすように、回折構造ＤＯＥ１０の近軸における回折パワーは決定されている。
また、カップリングレンズＣＵＬは、第１の発光点ＥＰ１から射出された波長λ２のレーザ光束と、第２の発光点ＥＰ２から射出された波長λ３のレーザ光束との発散角を、それぞれ、対物光学系ＯＢＪの波長λ２に対する倍率ｍ２と、波長λ３に対する倍率ｍ３とに対応する発散角に変換して射出するための光学素子である。この実施の形態では、ｍ２＝０であるので、第１の発光点ＥＰ１から射出された波長λ２のレーザ光束はカップリングレンズＣＵＬを透過することにより平行光束に変換される。
カップリングレンズＣＵＬは、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチックレンズであり、λ２に対する屈折率は１．５０６４、λ３に対する屈折率は１．５０５０である。
カップリングレンズＣＵＬの光ディスク側の光学機能面は、図示は省略するが、ＣＤの開口数０．４５内の領域に相当する光軸を含む第２４の光学機能領域ＡＲＥＡ２４と、ＣＤの開口数０．４５からＤＶＤの開口数０．６０までの領域に相当する第２５の光学機能領域ＡＲＥＡ２５とに分割されており、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ１０が、第２４の光学機能領域ＡＲＥＡ２４に形成されている。
第２４の光学機能領域ＡＲＥＡ２４に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ１０の構造は、第３の光ピックアップ装置ＰＵ３における重畳型回折構造ＨＯＥ６と同じであるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
また、本実施の形態では、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う際に、ＣＤの開口数ＮＡ３に応じて、対物光学系ＯＢＪの開口を切り替えるための素子として、接合部材Ｂを介して対物光学系ＯＢＪと一体化された開口制限素子ＡＰを備えている。
開口制限素子ＡＰの光学機能面上には、図１２に示すような透過率の波長選択性を有する波長選択フィルタＷＦが形成されている。この波長選択フィルタＷＦは、ＮＡ３内の領域ではλ１乃至λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３より外側の領域では、波長λ３のみを遮断するような透過率の波長選択性を有しており、かかる波長選択性によりＮＡ３に対応した開口切り替えが行われる。
尚、本実施の形態における対物光学系ＯＢＪは、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２、第３の光ピックアップ装置ＰＵ３、第５の光ピックアップ装置ＰＵ５と同様に、ＤＶＤの開口数ＮＡ２に対応する開口切り替え機能を有し、この開口切り替え機能によりＮＡ２に対応した開口切り替えが行われる。
〈第７の実施の形態〉
図１９は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第７の光ピックアップ装置ＰＵ７の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ７は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの共用の光検出器ＰＤ１、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束を射出する赤外半導体レーザＬＤ３と光検出器ＰＤ３とが一体化されたＣＤ用モジュールＭＤ３、収差補正素子Ｌ１とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２，ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成された対物光学系ＯＢＪ、波長選択フィルタＷＦ、液晶位相制御素子ＬＣＤ、２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯ、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３、第１のコリメートレンズＣＯＬ１、第２のコリメートレンズＣＯＬ２、センサーレンズＳＥＮ、ビーム整形素子ＢＳ、とから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
光ピックアップ装置ＰＵ７において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１９において実線でその光線経路を描いたように、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＳＨを透過することによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、第１のコリメートレンズＣＯＬ１により平行光束に変換され、第１乃至第３の偏光ビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３を透過した後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、波長選択フィルタＷＦ、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過し、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、液晶位相制御素子ＬＣＤ、波長選択フィルタＷＦ、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３を透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、センサーレンズＳＥＮにより、非点収差が与えられるとともに収斂光束に変換され、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ７において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１９において破線でその光線経路を描いたように、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第２のコリメートレンズＣＯＬ２により平行光束に変換され、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射された後、第２及び第３の偏光ビームスプリッタＢＳ２、ＢＳ３を透過し、波長選択フィルタＷＦ、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過し、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、液晶位相制御素子ＬＣＤ、波長選択フィルタＷＦ、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３を透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、センサーレンズＳＥＮにより、非点収差が与えられるとともに収斂光束に変換され、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１９において二点鎖線でその光線経路を描いたように、ＣＤ用モジュールＭＤ３を作動させて赤外半導体レーザＬＤ３を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束は、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３により反射された後、波長選択フィルタＷＦにより光束径が規制され、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過し、対物光学系ＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、液晶位相制御素子ＬＣＤ、波長選択フィルタＷＦを透過した後、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３により反射され、ＣＤ用モジュールＭＤ３の光検出器ＰＤ３の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ３の出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチックレンズであり、λ１に対する屈折率は１．５２４２、λ２に対する屈折率は１．５０６４、λ３に対する屈折率は１．５０５０である。また、集光素子Ｌ２は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５４３５であり、アッベ数νｄが５６．３のプラスチックレンズである。また、それぞれの光学機能部（青紫色半導体レーザＬＤ１からのレーザ光束が通過する、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の領域）の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有し、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を接合することで一体化されている。
収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１は、図示は省略するが、ＤＶＤの開口数０．６０内の領域に対応する光軸を含む第２６の光学機能領域ＡＲＥＡ２６と、ＤＶＤの開口数０．６０から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に対応する第２７の光学機能領域ＡＲＥＡ２７とに分割されており、第２６の光学機能領域ＡＲＥＡ２６には、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ１１が形成されている。
第２６の光学機能領域ＡＲＥＡ２６に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ１１の構造は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２における重畳型回折構造ＨＯＥ４と同じであるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
更に、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２は、図示は省略するが、ＤＶＤの開口数０．６０内の領域に相当する光軸を含む第２８の光学機能領域ＡＲＥＡ２８と、ＤＶＤの開口数０．６０から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に相当する第２９の光学機能領域ＡＲＥＡ２９とに分割されており、光軸を含む断面形状が鋸歯形状の複数の輪帯から構成された回折構造ＤＯＥ１１、ＤＯＥ１２が、それぞれ、光学機能領域ＡＲＥＡ２８と光学機能領域ＡＲＥＡ２９に形成されている。
回折構造ＤＯＥ１１、ＤＯＥ１２は、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの色収差と、温度変化に伴う球面収差変化を抑制するための構造であり、その構造は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２における回折構造ＤＯＥ３、ＤＯＥ４と同じであるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に型回折構造を形成した構成としたが、これとは、逆に、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に重畳型回折構造を形成した構成としてもよい。
また、本実施の形態の液晶位相制御素子ＬＣＤは、電圧の印加により透過する光束に対して位相変化を生じせしめる液晶層と、液晶素子に電圧を印加するための互いに対向する電極層と、電極層に電圧を供給する電源とから構成されている。互いに対向する電極層のうち少なくとも一方は所定のパターンに分割されており、この電極層に電圧を印加することにより液晶素子の配向状態が変化し、透過する光束に対して所定の位相を付加させることが可能となっている。これにより、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能となるので、高密度光ディスクＨＤに対して常に良好な記録／再生特性を維持することができる。
液晶位相制御素子ＬＣＤにより補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系ＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクに対する記録／再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
以上の説明では、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する場合について説明したが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差や、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に形成されたスポットの球面収差を液晶位相制御素子ＬＣＤにより補正するようにしても良い。特に、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に、液晶位相制御素子ＬＣＤにより、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ３との厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正するようにすることで、第３光束に対する対物光学系ＯＢＪの倍率ｍ３を、より大きく設定することが可能となるので、トラッキング駆動の際のコマ収差の発生を小さく抑えることが可能となる。
また、対物光学系ＯＢＪと液晶位相制御素子ＬＣＤは、接合部材Ｂを介して一体化されている。
更に、本実施の形態では、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う際に、ＣＤの開口数ＮＡ３に応じて、対物光学系ＯＢＪの開口を切り替えるための波長選択フィルタＷＦが、液晶位相制御素子ＬＣＤの半導体レーザ光源側に形成されている。
波長選択フィルタＷＦは、図１２に示すような透過率の波長選択性をし、この波長選択フィルタＷＦは、ＮＡ３内の領域ではλ１乃至λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３より外側の領域では、波長λ３のみを遮断するような透過率の波長選択性を有しており、かかる波長選択性によりＮＡ３に対応した開口切り替えが行われる。
尚、本実施の形態における対物光学系ＯＢＪは、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２、第３の光ピックアップ装置ＰＵ３、第５の光ピックアップ装置ＰＵ５と同様に、ＤＶＤの開口数ＮＡ２に対応する開口切り替え機能を有し、この開口切り替え機能によりＮＡ２に対応した開口切り替えが行われる。
〈第８の実施の形態〉
図２０は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第８の光ピックアップ装置ＰＵ８の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０７ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６６０ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ８は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０７ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６６０ｎｍのレーザ光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの共用の光検出器ＰＤ、収差補正素子Ｌ１とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成された対物光学系ＯＢＪ、液晶位相制御素子ＬＣＤ、２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯ、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１のコリメートレンズＣＯＬ１、第２のコリメートレンズＣＯＬ２、センサーレンズＳＥＮ、ビーム整形素子ＢＳ、とから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
光ピックアップ装置ＰＵ８において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図２０において実線でその光線経路を描いたように、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＳＨを透過することによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、第１のコリメートレンズＣＯＬ１により平行光束に変換され、第１及び第２の偏光ビームスプリッタＢＳ１及びＢＳ２を透過した後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過し、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、センサーレンズＳＥＮにより、非点収差が与えられるとともに収斂光束に変換され、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ８において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図２０において破線でその光線経路を描いたように、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第２のコリメートレンズＣＯＬ２により平行光束に変換され、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射された後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過し、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、センサーレンズＳＥＮにより、非点収差が与えられるとともに収斂光束に変換され、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２は、何れもプラスチックレンズである。また、それぞれの光学機能部（青紫色半導体レーザＬＤ１からのレーザ光束が通過する、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の領域）の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有し、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を接合することで一体化されている。
収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１は、図示は省略するが、ＤＶＤの開口数０．６５内の領域に対応する光軸を含む第３０の光学機能領域ＡＲＥＡ３０と、ＤＶＤの開口数０．６５から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に対応する第３１の光学機能領域ＡＲＥＡ３１とに分割されており、第３０の光学機能領域ＡＲＥＡ３０には、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ１２が形成されている。
第３０の光学機能領域ＡＲＥＡ３０に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ１２の構造は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２における重畳型回折構造ＨＯＥ４と同じであるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
更に、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２には、図示は省略するが、光軸を含む断面形状が鋸歯形状の複数の輪帯から構成された回折構造ＤＯＥ１３が形成されている。
回折構造ＤＯＥ１３は、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの軸上色収差と、温度変化に伴う球面収差変化を抑制するための構造であり、光軸方向の段差は波長λ１＝４０７ｎｍの光束が入射した場合に、＋５次回折光が１００％の回折効率で発生するように設計されている。回折構造ＤＯＥ１３に対して波長λ２＝６６０ｎｍの光束が入射した場合には、＋３次回折光が９９．８％の回折効率で発生し、何れの波長に対しても高い回折効率が確保されている。
本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に型回折構造を形成した構成としたが、これとは、逆に、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に重畳型回折構造を形成した構成としてもよい。
また、本実施の形態の液晶位相制御素子ＬＣＤは、電圧の印加により透過する光束に対して位相変化を生じせしめる液晶層と、液晶素子に電圧を印加するための互いに対向する電極層と、電極層に電圧を供給する電源とから構成されている。互いに対向する電極層のうち少なくとも一方は所定のパターンに分割されており、この電極層に電圧を印加することにより液晶素子の配向状態が変化し、透過する光束に対して所定の位相を付加させることが可能となっている。これにより、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能となるので、高密度光ディスクＨＤに対して常に良好な記録／再生特性を維持することができる。
液晶位相制御素子ＬＣＤにより補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系ＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクに対する記録／再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
以上の説明では、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する場合について説明したが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差を液晶位相制御素子ＬＣＤにより補正するようにしても良い。
また、対物光学系ＯＢＪと液晶位相制御素子ＬＣＤは、接合部材Ｂを介して一体化されている。
尚、本実施の形態における対物光学系ＯＢＪは、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２、第３の光ピックアップ装置ＰＵ３、第５の光ピックアップ装置ＰＵ５、第７の光ピックアップ装置ＰＵ７と同様に、ＤＶＤの開口数ＮＡ２に対応する開口切り替え機能を有し、この開口切り替え機能によりＮＡ２に対応した開口切り替えが行われる。
[第９の実施の形態]
図２１は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第９の光ピックアップ装置ＰＵ９の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５０ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ９は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５０ｎｍのレーザ光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの共用の光検出器ＰＤ、収差補正素子Ｌ１とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成された対物光学系ＯＢＪ、２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯ、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、コリメートレンズＣＯＬ、１軸アクチュエータＵＡＣ、センサーレンズＳＥＮ、ビーム整形素子ＢＳ、とから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
光ピックアップ装置ＰＵ９において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図２１において実線でその光線経路を描いたように、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＳＨを透過することによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、、第１及び第２の偏光ビームスプリッタＢＳ１及びＢＳ２を透過した後、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換され、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、コリメートレンズＣＯＬを透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、センサーレンズＳＥＮにより、非点収差が与えられるとともに収斂光束に変換され、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ９において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図２１において破線でその光線経路を描いたように、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射された後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２を透過し、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換され、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ及びコリメートレンズＣＯＬを透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、センサーレンズＳＥＮにより、非点収差が与えられるとともに収斂光束に変換され、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１はプラスチックレンズであり、集光素子Ｌ２は、ガラスレンズである。また、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２は、接合部材Ｂを介して一体化されている。
収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１は、図示は省略するが、ＤＶＤの開口数０．６５内の領域に対応する光軸を含む第３２の光学機能領域ＡＲＥＡ３２と、ＤＶＤの開口数０．６５から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に対応する第３３の光学機能領域ＡＲＥＡ３３とに分割されており、第３２の光学機能領域ＡＲＥＡ３２には、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ１３が形成されている。
第３２の光学機能領域ＡＲＥＡ３２に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ３４の構造は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２における重畳型回折構造ＨＯＥ４と同じであるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
更に、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２には、図示は省略するが、光軸を含む断面形状が階段形状の複数の輪帯から構成された回折構造ＤＯＥ１４が形成されている。
回折構造ＤＯＥ１４は、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの色球面収差を補正するための構造であり、光軸方向の段差は波長λ１＝４０５ｎｍの光束が入射した場合に、＋５次回折光が１００％の回折効率で発生するように設計されている。回折構造ＤＯＥ１４に対して波長λ２＝６５０ｎｍの光束が入射した場合には、＋３次回折光が１００％の回折効率で発生し、何れの波長に対しても高い回折効率が確保されている。
本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に型回折構造を形成した構成としたが、これとは、逆に、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に型回折構造を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に重畳型回折構造を形成した構成としてもよい。
また、本実施の形態のコリメートレンズＣＯＬは、１軸アクチュエータＵＡＣにより光軸方向にその位置が変移可能であるように構成されている。これにより、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能となるので、高密度光ディスクＨＤに対して常に良好な記録／再生特性を維持することができる。
コリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系ＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクに対する記録／再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
以上の説明では、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する場合について説明したが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差をコリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正するようにしても良い。
尚、本実施の形態における対物光学系ＯＢＪは、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２、第３の光ピックアップ装置ＰＵ３、第５の光ピックアップ装置ＰＵ５、第７の光ピックアップ装置ＰＵ７、第８の光ピックアップ装置ＰＵ８と同様に、ＤＶＤの開口数ＮＡ２に対応する開口切り替え機能を有し、この開口切り替え機能によりＮＡ２に対応した開口切り替えが行われる。
[第１０の実施の形態]
図２２は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第１０の光ピックアップ装置ＰＵ１０の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０７ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６６０ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ１０は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０７ｎｍのレーザ光束を射出する第１の発光点ＥＰ１と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６６０ｎｍのレーザ光束を射出する第２の発光点ＥＰ２と、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２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とから構成された高密度光ディスク／ＤＶＤ用レーザモジュールＬＭ、収差補正素子Ｌ１とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成された対物光学系ＯＢＪ、２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯ、コリメートレンズＣＯＬ、１軸アクチュエータＵＡＣ、とから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ１０において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第１の発光点ＥＰ１を発光させる。第１の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図２２において実線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換され、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、コリメートレンズＣＯＬを透過し、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部ＤＳ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ１０において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２の発光点ＥＰ２を発光させる。第２の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図２２において破線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、コリメートレンズＣＯＬを通過する。そして、発散光として対物光学系ＯＢＪに入射し、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、コリメートレンズＣＯＬを透過し、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、受光部ＤＳ２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。
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２は、何れもプラスチックレンズである。また、それぞれの光学機能部（青紫色半導体レーザＬＤ１からのレーザ光束が通過する、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の領域）の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有し、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を接合することで一体化されている。
対物光学系ＯＢＪの半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１は、図示は省略するが、ＤＶＤの開口数０．６５内の領域に対応する光軸を含む第３４の光学機能領域ＡＲＥＡ３４と、ＤＶＤの開口数０．６５から高密度光ディスクＨＤの開口数０．８５までの領域に対応する第３５の光学機能領域ＡＲＥＡ３５とに分割されている。そして、第３４の光学機能領域ＡＲＥＡ３４には、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥ１４が形成されている。
第３４の光学機能領域ＡＲＥＡ３４に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ１４の構造は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２における重畳型回折構造ＨＯＥ４と同じであるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２には、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの温度変化に伴う球面収差変化を抑制するための構造である光路差付与構造ＮＰＳが形成されている。この光路差付与構造ＮＰＳの光軸方向の段差は、対物光学系ＯＢＪの設計基準温度において、波長λ１の光束に対して５倍の光路差を与える深さに設定されている。かかる深さに設定された段差に波長λ２の光束が入射した場合、波長λ２の光束に対して与える光路差は、λ２の３倍となるので、何れの波長に対しても高い透過率が確保されている。
光路差付与構造ＮＰＳは、屈折率が低くなった場合に球面収差が補正不足方向に変化し、屈折率が高くなった場合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屈折率依存性をもつので、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの温度変化に伴う球面収差変化を抑制することが可能となる。
本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造ＨＯＥ１４を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に光路差付与構造ＮＰＳを形成した構成としたが、これとは、逆に、半導体レーザ光源側の光学機能面Ｓ１に光路差付与構造ＮＰＳを形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に重畳型回折構造ＨＯＥ１４を形成した構成としてもよい。
また、本実施の形態のコリメートレンズＣＯＬは、１軸アクチュエータＵＡＣにより光軸方向にその位置が変移可能であるように構成されている。これにより、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能となるので、高密度光ディスクＨＤに対して常に良好な記録／再生特性を維持することができる。
コリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系ＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクに対する記録／再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
以上の説明では、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する場合について説明したが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差をコリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正するようにしても良い
尚、本実施の形態における対物光学系ＯＢＪは、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２、第３の光ピックアップ装置ＰＵ３、第５の光ピックアップ装置ＰＵ５、第７の光ピックアップ装置ＰＵ７、第８の光ピックアップ装置ＰＵ８、第９の光ピックアップ装置ＰＵ９と同様に、ＤＶＤの開口数ＮＡ２に対応する開口切り替え機能を有し、この開口切り替え機能によりＮＡ２に対応した開口切り替えが行われる。
［第１１の実施の形態］
図３０は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第１１の光ピックアップ装置ＰＵ１１の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ２＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ１１は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１の発光点ＥＰ１（第１光源）と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２の発光点ＥＰ２（第２光源）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３の発光点ＥＰ３（第３光源）と、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第２の受光部ＤＳ２と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第３の受光部ＤＳ３と、プリズムＰＳとから構成された高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用レーザモジュールＬＭ、その光学面上に回折構造（位相構造）が形成され両面が非球面とされた対物光学系（集光素子）ＯＢＪ、ＤＶＤ／ＣＤ用の開口制限素子ＡＰ、対物光学素子ＯＢＪをフォーカシング／トラッキング駆動させるための２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１に対応した絞りＳＴＯ、コリメートレンズＣＯＬ、コリメートレンズＣＯＬを光軸方向に駆動させるための１軸アクチュエータＵＡＣ、液晶位相制御素子ＬＣＤ（球面収差補正手段）、対物光学系ＯＢＪと開口制限素子ＡＰと液晶位相制御素子ＬＣＤとを一体化するための保持部材Ｂ、とから構成されている。本実施の形態においては、位相構造を有する収差補正素子と、第１光束乃至第３光束を、それぞれ、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光させるための集光素子とが一体化された構成となっている。
光ピックアップ装置ＰＵ１１において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、レーザモジュールＬＭを作動させて第1の発光点ＥＰ１を発光させる。第1の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図３０において実線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされた後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、液晶位相制御素子ＬＣＤ、開口制限素子ＡＰを透過し、対物光学系ＯＢＪによって第１保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部ＤＳ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ１１においてＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２光束が平行光束の状態でコリメートレンズＣＯＬから射出されるように、対物光学系ＯＢＪとコリメートレンズＣＯＬとの間の距離が、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合よりも小さくなるように１軸アクチュエータＵＡＣによりコリメートレンズＣＯＬを移動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第２の発光点ＥＰ２を発光させる。第２の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図３０において点線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされた後、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過し、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制された後、対物光学系ＯＢＪによって第２保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、受光部ＤＳ２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。
また、光ピックアップ装置ＰＵ１１においてＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ３の厚さｔ３との差に起因する球面収差が補正するために、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過する第３光束に対して補正不足方向の球面収差が付加されるように、液晶位相制御素子ＬＣＤを作動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第３の発光点ＥＰ３を発光させる。第３の発光点ＥＰ３から射出された発散光束は、図３０において二点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされた後、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過することで補正不足方向の球面収差が与えられ、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制された後、対物光学系ＯＢＪによって第３保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、液晶位相制御素子ＬＣＤを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ３に集光する。そして、受光部ＤＳ３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。
尚、ＤＶＤの場合と同様に、第３光束が平行光束の状態でコリメートレンズＣＯＬから射出されるように、対物光学系ＯＢＪとコリメートレンズＣＯＬとの間の距離が、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合よりも小さくなるように１軸アクチュエータＵＡＣによりコリメートレンズＣＯＬを移動させる構成としてもよい。
次に対物光学素子ＯＢＪの構成について説明する。レーザモジュールＬＭ側の光学面上に形成された回折構造ＤＯＥ１５（その断面形状は鋸歯形状である）は、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ２の厚さｔ２との差に起因する球面収差を補正するための構造である。対物光学系ＯＢＪは、回折構造ＤＯＥ１５で発生する第１光束乃至第３光束の１次回折光を、それぞれ、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光させる。この回折構造ＤＯＥ１５の光路差関数は、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ２の厚さｔ２との差に起因する球面収差が補正させるように最適化されているため、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ３の厚さｔ３との差に起因する球面収差は完全に補正されずに残留するが、本実施の形態においては、この残留球面収差を液晶位相制御素子ＬＣＤで補正することにより、高密度光ディスクＨＤとＣＤとの互換を達成している。
また、本実施の形態のコリメートレンズＣＯＬは、１軸アクチュエータＵＡＣにより光軸方向にその位置が変移可能であるように構成されているが、これにより、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能である。コリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、第１光源の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系ＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクに対する記録／再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
以上の説明では、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する場合について説明したが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差をコリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正するようにしても良い。
［第１２の実施の形態］
図３１は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第１２の光ピックアップ装置ＰＵ１２の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ２＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵ１２は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１の発光点ＥＰ１（第１光源）と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２の発光点ＥＰ２（第２光源）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３の発光点ＥＰ３（第３光源）と、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第２の受光部ＤＳ２と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第３の受光部ＤＳ３と、プリズムＰＳとから構成された高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用レーザモジュールＬＭ、その光学面上に重畳型回折構造（位相構造）と回折構造（第２の位相構造）が形成された収差補正素子Ｌ１と、両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成される対物光学系ＯＢＪ、ＣＤ用の開口制限素子ＡＰ、対物光学素子ＯＢＪをフォーカシング／トラッキング駆動させるための２軸アクチュエータＡＣ、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１に対応した絞りＳＴＯ、コリメートレンズＣＯＬ、負レンズＥ１と正レンズＥ２とから構成されるエキスパンダーレンズＥＸＰ（球面収差補正手段）、負レンズＥ１を光軸方向に駆動させるための１軸アクチュエータＵＡＣ、対物光学系ＯＢＪと開口制限素子ＡＰとを一体化するための保持部材Ｂ、とから構成されている。
光ピックアップ装置ＰＵ１２において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、レーザモジュールＬＭを作動させて第1の発光点ＥＰ１を発光させる。第1の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図３１において実線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされた後、エキスパンダーレンズＥＸＰを透過することにより光束径が拡径され、その後絞りＳＴＯにより光束径が規制され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物光学系ＯＢＪによって第１保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、エキスパンダーレンズＥＸＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部ＤＳ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ１２においてＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２光束が平行光束の状態でエキスパンダーレンズＥＸＰから射出されるように、負レンズＥ１と正レンズＥ２との間の距離が、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合よりも大きくなるように１軸アクチュエータＵＡＣにより負レンズＥ１を移動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第２の発光点ＥＰ２を発光させる。第２の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図３１において点線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされた後、エキスパンダーレンズＥＸＰを透過することにより光束径が拡径され、その後開口制限素子ＡＰを透過した後、対物光学系ＯＢＪによって第２保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、エキスパンダーレンズＥＸＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、受光部ＤＳ２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。
また、光ピックアップ装置ＰＵ１２においてＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ３の厚さｔ３との差に起因する球面収差が補正されるように、負レンズＥ１と正レンズＥ２との間の距離が、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合よりも小さくなるように１軸アクチュエータＵＡＣにより負レンズＥ１を移動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第３の発光点ＥＰ３を発光させる。第３の発光点ＥＰ３から射出された発散光束は、図３１において二点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされた後、エキスパンダーレンズＥＸＰを透過することにより発散光束に変換され、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制された後、対物光学系ＯＢＪによって第３保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、エキスパンダーレンズＥＸＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ３に集光する。そして、受光部ＤＳ３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。
次に対物光学素子ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２はともにプラスチックレンズであり、その光学機能部と一体成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を互いに接合することにより一体化されている。収差補正素子Ｌ１のレーザモジュールＬＭ側の光学面上に形成された重畳型構造ＨＯＥ１５は、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ２の厚さｔ２との差に起因する球面収差を補正するための構造である。その具体的な構造や機能は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２における重畳型回折構造ＨＯＥ４と同じであるのでここでは詳細な説明は割愛する。尚、重畳型回折構造ＨＯＥ１５は、ＤＶＤの開口数ＮＡ２内にのみ形成されているので、ＮＡ２より外側の領域を通過する第２光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上でフレア成分となり、ＤＶＤに対する開口制限が自動的に行われる構成となっている。
また、対物光学系ＯＢＪは、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面上に形成された回折構造ＤＯＥ１６（その断面形状は階段形状である）で発生する第１光束の５次回折光、第２光束の３次回折光、第３光束の２次回折光を、それぞれ、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光させる。この回折構造ＤＯＥ１６は、第３光束に対して第３波長λ３の半整数倍の光路差を付加させることにより、ｔ１とｔ３の差に起因する球面収差を低減するための構造である。これにより、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う際の第３光束に対する対物光学系ＯＢＪの倍率ｍ３の絶対値が大きくなり過ぎないように出来るので、負レンズＥ１の移動量が小さくてすみ、また、対物光学系ＯＢＪのトラッキング特性を良好なものにすることが可能となる。
また、本実施の形態では、１軸アクチュエータＵＡＣにより負レンズＥ１を光軸方向に変移させることで高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する構成となっている。負レンズＥ１の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、第１光源の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系ＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクに対する記録／再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
以上の説明では、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する場合について説明したが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差を負レンズＥ１の位置調整により補正するようにしても良い。また、負レンズＥ１ではなく正レンズＥ２を動かす構成としてもよい。
また、球面収差補正手段としてエキスパンダーレンズＥＸＰではなく、アクチュエータによって光軸方向に変移可能とされたコリメートレンズやカップリングレンズを使用してもよい。
次に、上述した光ピックアップ装置ＰＵ１〜ＰＵ４、ＰＵ８〜ＰＵ１０の対物光学系ＯＢＪとして好適な光学素子を８例（実施例１〜８）、及び、ＰＵ１２の球面収差補正素子と対物光学系ＯＢＪとから構成される光学系を３例（実施例９〜１１）説明する。
各実施例における非球面は、その面の頂点に接する平面からの変形量をＸ（ｍｍ）、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、曲率半径をｒ（ｍｍ）とするとき、次の数５に表１５〜２５中の非球面係数Ａ２ｉを代入した数式で表される。但し、κを円錐係数とする。
Figure 0005002118
また、各実施例における重畳型回折構造及び回折構造は、これらの構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、λを入射光束の波長、λＢを製造波長、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、B2jを光路差関数係数、ｎを回折次数とするとき
上記数１で定義される光路差関数φｂ（ｍｍ）で表される。
表１５〜表２５において、ＮＡ１、ｆ１、λ１、ｍ１、ｔ１は、それぞれ、高密度光ディスクＨＤ使用時の対物光学系ＯＢＪの開口数、対物光学系ＯＢＪの焦点距離、対物光学系ＯＢＪの波長、対物光学系ＯＢＪの倍率、保護層の厚さであり、ＮＡ２、ｆ２、λ２、ｍ２、ｔ２は、ＤＶＤ使用時の同様の値であり、ＮＡ３、ｆ３、λ３、ｍ３、ｔ３は、ＣＤ使用時の同様の値である。
また、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ１（ｍｍ）、ｄ２（ｍｍ）、ｄ３（ｍｍ）は、それぞれ、高密度光ディスクＨＤ使用時、ＤＶＤ使用時、ＣＤ使用時のレンズ間隔、Ｎλ１、Ｎλ２、Ｎλ３は、それぞれ、波長λ１、波長λ２、波長λ３に対するレンズの屈折率、νｄはｄ線のレンズのアッベ数である。
また、ｎ１、ｎ２、ｎ３は、それぞれ、重畳型回折構造や回折構造で発生する第１光束、第２光束、第３光束の回折光の回折次数である。
実施例１乃至３の光学素子は、波長４０８ｎｍ、保護層の厚さ０．０８７５ｍｍ、倍率１／１８．２１５に対して球面収差補正が最適化された開口数０．８５のプラスチックレンズである集光素子Ｌ２に、半導体レーザ側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造が形成され、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に回折構造が形成されたプラスチックレンズである収差補正素子Ｌ２を組合わせている。
実施例４の光学素子は、波長４０８ｎｍ、保護層の厚さ０．０８７５ｍｍ、倍率１／１７．１２３に対して球面収差補正が最適化された開口数０．８５のプラスチックレンズである集光素子Ｌ２に、半導体レーザ側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造が形成され、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に回折構造が形成されたプラスチックレンズである収差補正素子Ｌ２を組合わせている。
また、実施例５の光学素子は、波長４０８ｎｍ、保護層の厚さ０．０８７５ｍｍ、倍率０に対して球面収差補正が最適化された開口数０．８５のガラスレンズである集光素子Ｌ２に、半導体レーザ側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造が形成され、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に回折構造が形成されたプラスチックレンズである収差補正素子Ｌ２を組合わせている。
実施例６の光学素子は、波長４０７ｎｍ、保護層の厚さ０．１ｍｍ、倍率１／１４．１０４に対して球面収差補正が最適化された開口数０．８５のプラスチックレンズである集光素子Ｌ２と、半導体レーザ側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造が形成され、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に回折構造が形成されたプラスチックレンズである収差補正素子Ｌ１を組合わせている。
実施例７の光学素子は、波長４０５ｎｍ、保護層の厚さ０．１ｍｍ、倍率０に対して球面収差補正が最適化された開口数０．８５のガラスレンズである集光素子Ｌ２と、半導体レーザ側の光学機能面Ｓ１に重畳型回折構造が形成され、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に回折構造が形成されたプラスチックレンズである収差補正素子Ｌ１を組合わせている。
実施例８の光学素子は、波長４０７ｎｍ、保護層の厚さ０．０８７５ｍｍ、倍率１／１１．４１６に対して球面収差補正が最適化された開口数０．８５のガラスレンズである集光素子Ｌ２と、半導体レーザ側の光学機能面Ｓ１に光路差付与構造ＮＰＳが形成され、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に重畳型回折構造ＨＯＥが形成されたプラスチックレンズである収差補正素子Ｌ１を組合わせている。
実施例１の光学素子は、図１に示したような第１の光ピックアップ装置ＰＵ１の対物光学系ＯＢＪとして最適な光学素子であり、その具体的な数値データを表１５に示す。
Figure 0005002118
Figure 0005002118
第１の光学機能領域ＡＲＥＡ１に形成した重畳型回折構造ＨＯＥ１の作用により、波長λ２に対する倍率ｍ２と波長λ３に対する倍率ｍ３とを略一致させつつ、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正している。
また、第２の光学機能領域ＡＲＥＡ２に形成した重畳型回折構造ＨＯＥ２と、第３の光学機能領域ＡＲＥＡ３に形成した重畳型回折構造ＨＯＥ３は、ＤＶＤやＣＤに対する情報の記録／再生時には、ダイクロイックフィルターと同様に機能し、自動的に開口制限がなされる。
また、第４の光学機能領域ＡＲＥＡ４に形成した回折構造ＤＯＥ１と、第５の光学機能領域ＡＲＥＡ５に形成した回折構造ＤＯＥ２の作用により、青紫色領域における色収差と入射波長変化に伴う球面収差変化を補正している。
モードホッピングによる青紫色半導体レーザＬＤ１の波長変化量を＋１ｎｍと仮定したとき、集光素子Ｌ２単独でのデフォーカス成分の変化量１５１ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には２０ｍλＲＭＳとなり、モードホッピングによるデフォーカス成分の変化が良好に補正されていることがわかる。
更に、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつきを＋１０ｎｍと仮定したとき、集光素子Ｌ２単独での球面収差成分の変化量７４ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には４ｍλＲＭＳとなり、入射波長変化に伴う球面収差変化が良好に補正されていることがわかる。
実施例２の光学素子は、図３に示したような第２の光ピックアップ装置ＰＵ２、及び図１４に示したような第５の光ピックアップ装置ＰＵ５の対物光学系ＯＢＪとして最適な光学素子であり、その具体的な数値データを表１６に示す。
Figure 0005002118
Figure 0005002118
第６（第１８）の光学機能領域ＡＲＥＡ６（ＡＲＥＡ１８）に形成した重畳型回折構造ＨＯＥ４（ＨＯＥ８）の作用により、波長λ１に対する倍率ｍ１と波長λ２に対する倍率ｍ２とを略一致させつつ、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正している。
また、第８（第２０）の光学機能領域ＡＲＥＡ８（ＡＲＥＡ２０）に形成した回折構造ＤＯＥ３（ＤＯＥ８）と、第９（第２１）の光学機能領域ＡＲＥＡ９（ＡＲＥＡ２１）に形成した回折構造ＤＯＥ４（ＤＯＥ９）の作用により、青紫色領域における色収差と環境温度変化に伴う球面収差変化を補正している。
モードホッピングによる青紫色半導体レーザＬＤ１の波長変化量を＋１ｎｍと仮定したとき、集光素子Ｌ２単独でのデフォーカス成分の変化量１５１ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には２７ｍλＲＭＳとなり、モードホッピングによるデフォーカス成分の変化が良好に補正されていることがわかる。
更に、環境温度が３０度上昇した場合の、青紫色半導体レーザの発振波長を４０９．５ｎｍ、その際の収差補正素子Ｌ１の屈折率を１．５２０７９、集光素子Ｌ２の屈折率を１．５５６７１としたとき、集光素子Ｌ２単独での球面収差成分の変化量１１６ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には４５ｍλＲＭＳとなり、環境温度変化に伴う球面収差変化が良好に補正されていることがわかる。
また、表１６には、本実施例の光学素子に、コマ収差補正素子としてのカップリングレンズＣＵＬを組合わせた数値データも示されている。ＣＤに対する情報の記録／再生時における、光学素子の光軸に垂直な方向へのシフト量を０．２ｍｍとしたとき、光学素子単独のコマ収差の発生量５１ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には２０ｍλＲＭＳとなり、光学素子のシフトに伴うコマ収差変化が良好に補正されていることがわかる。
実施例３の光学素子は、図５に示したような第３の光ピックアップ装置ＰＵ３の対物光学系ＯＢＪとして最適な光学素子であり、その具体的な数値データを表１７に示す。
Figure 0005002118
Figure 0005002118
Figure 0005002118
第１０の光学機能領域ＡＲＥＡ１０に形成した重畳型回折構造ＨＯＥ５の作用と、波長λ１に対する倍率ｍ１と波長λ２に対する倍率ｍ２とを異ならしめることにより、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正している。
また、第１２の光学機能領域ＡＲＥＡ１２に形成した回折構造ＤＯＥ５と、第１３の光学機能領域ＡＲＥＡ１３に形成した回折構造ＤＯＥ６の作用により、青紫色領域における色収差と環境温度変化に伴う球面収差変化を補正している。
モードホッピングによる青紫色半導体レーザＬＤ１の波長変化量を＋１ｎｍと仮定したとき、集光素子Ｌ２単独でのデフォーカス成分の変化量１５１ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には３２ｍλＲＭＳとなり、モードホッピングによるデフォーカス成分の変化が良好に補正されていることがわかる。
更に、環境温度が３０度上昇した場合の、青紫色半導体レーザＬＤ１の発振波長を４０９．５ｎｍ、その際の収差補正素子Ｌ１の屈折率を１．５２０７９、集光素子Ｌ２の屈折率を１．５５６７１としたとき、集光素子Ｌ２単独での球面収差成分の変化量１１６ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には４５ｍλＲＭＳとなり、環境温度変化に伴う球面収差変化が良好に補正されていることがわかる。
また、表１７には、本実施例の光学素子に、発散角変換素子としてのカップリン
グレンズＣＵＬを組合わせた数値データも示されている。
カップリングレンズＣＵＬは、第１４の光学機能領域ＡＲＥＡ１４に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ６の作用を利用して、第１の発光点ＥＰ１から射出された波長λ２のレーザ光束と、第２の発光点ＥＰ２から射出された波長λ３のレーザ光束との発散角を、それぞれ、対物光学系ＯＢＪの波長λ２に対する倍率ｍ２と、波長λ３に対する倍率ｍ３とに対応する発散角に変換して射出するための光学素子である。
実施例４の光学素子は、図３に示したような第２の光ピックアップ装置ＰＵ２、及び図１４に示したような第５の光ピックアップ装置ＰＵ５の対物光学系ＯＢＪとして最適な光学素子であり、その具体的な数値データを表１８に示す。
Figure 0005002118
Figure 0005002118
第６（第１８）の光学機能領域ＡＲＥＡ６（ＡＲＥＡ１８）に形成した重畳型回折構造ＨＯＥ４（ＨＯＥ８）の作用により、波長λ１に対する倍率ｍ１と波長λ２に対する倍率ｍ２とを略一致させつつ、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正している。
重畳型回折構造の作用より、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差の補正を行う方法として、波長λ２の光束に対して補正補足の球面収差を付加させる方法と、波長λ２の光束に対する近軸における回折パワーを負に設定する方法があるが、前者は、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２との光軸ずれによる波長λ２の光束のコマ収差発生が大きくなり、後者は、波長λ２の軸外光束が入射した場合に、コマ収差発生が大きくなるという問題がある。
本実施例における重畳型回折構造ＨＯＥ４（ＨＯＥ８）では、両者を組合わせることで高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差の補正を行っており、波長λ２の光束に対する近軸における回折パワーの決定の際には、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２との光軸ずれによるコマ収差発生を緩和しつつ、波長λ２の光束に対する軸外特性が劣化しすぎないように留意した。
また、重畳型回折構造ＨＯＥ４（ＨＯＥ８）の光路差関数は、ＮＡ２＝０．６７内で変曲点を有し、変曲点の前後で光路差関数の接線の傾きが正から負へと切り替わる。これは重畳型回折構造ＨＯＥ４（ＨＯＥ８）の輪帯の傾斜方向（図３におけるｌ４）が途中で反転することに対応するが、光路差関数がこのように変曲点を有するようにすると輪帯の幅（図３におけるΛ４）を大きく確保することが出来る。本実施例では、輪帯の幅の最小値は７０μｍである。
また、第８（第２０）の光学機能領域ＡＲＥＡ８（ＡＲＥＡ２０）に形成した回折構造ＤＯＥ３（ＤＯＥ８）と、第９（第２１）の光学機能領域ＡＲＥＡ９（ＡＲＥＡ２１）に形成した回折構造ＤＯＥ４（ＤＯＥ９）の作用により、青紫色領域における色収差と環境温度変化に伴う球面収差変化を補正している。
モードホッピングによる青紫色半導体レーザの波長変化量を＋１ｎｍと仮定したとき、集光素子Ｌ２単独でのデフォーカス成分の変化量１５１ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には３２ｍλＲＭＳとなり、モードホッピングによるデフォーカス成分の変化が良好に補正されていることがわかる。
更に、環境温度が３０度上昇した場合の、青紫色半導体レーザＬＤ１の発振波長を４０９．５ｎｍ、その際の収差補正素子Ｌ１の屈折率を１．５２０７９、集光素子Ｌ２の屈折率を１．５５６７１としたとき、集光素子Ｌ２単独での球面収差成分の変化量１１４ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には４６ｍλＲＭＳとなり、環境温度変化に伴う球面収差変化が良好に補正されていることがわかる。
実施例５の光学素子は、図３に示したような第２の光ピックアップ装置ＰＵ２、及び図１４に示したような第５の光ピックアップ装置ＰＵ５の対物光学系ＯＢＪとして最適な光学素子であり、その具体的な数値データを表１９に示す。
Figure 0005002118
Figure 0005002118
第６（第１８）の光学機能領域ＡＲＥＡ６（ＡＲＥＡ１８）に形成した重畳型回折構造ＨＯＥ４（ＨＯＥ８）の作用により、波長λ１に対する倍率ｍ１と波長λ２に対する倍率ｍ２とを略一致させつつ、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正している。
本実施例の光学素子では、実施例４の光学素子と同様に、波長λ２の光束に対して補正補足の球面収差を付加させる方法と、波長λ２の光束に対する近軸における回折パワーを負に設定する方法とを組合わせることで高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差の補正を行っており、輪帯の幅の最小値は８１μｍである。
また、第８（第２０）の光学機能領域ＡＲＥＡ８（ＡＲＥＡ２０）に形成した回折構造ＤＯＥ３（ＤＯＥ８）と、第９（第２１）の光学機能領域ＡＲＥＡ９（ＡＲＥＡ２１）に形成した回折構造ＤＯＥ４（ＤＯＥ９）の作用により、青紫色領域における色収差と入射波長変化に伴う球面収差変化を補正している。
モードホッピングによる青紫色半導体レーザの波長変化量を＋１ｎｍと仮定したとき、集光素子Ｌ２単独でのデフォーカス成分の変化量１３８ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には１８ｍλＲＭＳとなり、モードホッピングによるデフォーカス成分の変化が良好に補正されていることがわかる。
更に、青紫色半導体レーザの製造誤差による波長ばらつきを＋１０ｎｍと仮定したとき、集光素子Ｌ２単独での球面収差成分の変化量５４ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には４ｍλＲＭＳとなり、入射波長変化に伴う球面収差変化が良好に補正されていることがわかる。
実施例２の光学素子において、第６の光学機能領域ＡＲＥＡ６に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ４の断面図を図１６に、実施例４の光学素子において、第１８の光学機能領域ＡＲＥＡ１８に形成された重畳型回折構造ＨＯＥ８の断面図を図１７に示す。
図中、横軸は光軸からの高さｈ（ｍｍ）を指し、縦軸は重畳型回折構造ＨＯＥ４（ＨＯＥ８）の光軸に垂直な方向の高さＤ（ｍｍ）を表す。
実施例６の光学素子は、図２０に示したような第８の光ピックアップ装置ＰＵ８の対物光学系ＯＢＪとして最適な光学素子であり、その具体的な数値データを表２０に示す。また、図２３に光路図を示す。
Figure 0005002118
Figure 0005002118
第３０の光学機能領域ＡＲＥＡ３０に形成した重畳型回折構造ＨＯＥ１２の作用により、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正するとともに、ＤＶＤ使用時の開口制限は収差補正素子Ｌ１により自動的に行われる。
本実施例の光学素子では、重畳型回折構造ＨＯＥ１２の２次の光路差関数係数Ｂ２と、４次の光路差関数係数Ｂ４を異符号とすることにより、波長λ２の光束に対して補正補足の球面収差を付加させる方法と、波長λ２の光束に対する近軸における回折パワーを負に設定する方法とを組合わせることで高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差の補正を行っている。重畳型回折構造ＨＯＥ１２の輪帯幅の最小値は１１７．４μｍであり、十分な輪帯幅が得られているため金型加工が容易である。
また、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２に形成された回折構造ＤＯＥ１３の作用により、青紫色領域における軸上色収差と環境温度変化に伴う球面収差変化を補正している。
モードホッピングによる青紫色半導体レーザの波長変化量を＋１ｎｍと仮定したとき、集光素子Ｌ２単独でのデフォーカス成分の変化量１１９ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には３５ｍλＲＭＳとなり、モードホッピングによるデフォーカス成分の変化が良好に補正されていることがわかる。
更に、環境温度が３０度上昇した場合の、青紫色半導体レーザの発振波長を４０８．５ｎｍ、その際の収差補正素子Ｌ１の屈折率を１．５２０９４、集光素子Ｌ２の屈折率を１．５５６８７としたとき、集光素子Ｌ２単独での球面収差成分の変化量８９ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には２８ｍλＲＭＳとなり、環境温度変化に伴う球面収差変化が良好に補正されていることがわかる。
実施例７の光学素子は、図２１に示したような第９の光ピックアップ装置ＰＵ９の対物光学系ＯＢＪとして最適な光学素子であり、その具体的な数値データを表２１に示す。また、図２４に光路図を示す。
Figure 0005002118
Figure 0005002118
第３２の光学機能領域ＡＲＥＡ３２に形成した重畳型回折構造ＨＯＥ１３の作用により、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正するとともに、ＤＶＤ使用時の開口制限は収差補正素子Ｌ１により自動的に行われる。
本実施例の光学素子では、重畳型回折構造ＨＯＥ１３の２次の光路差関数係数Ｂ２と、４次の光路差関数係数Ｂ４を異符号とすることにより、波長λ２の光束に対して補正補足の球面収差を付加させる方法と、波長λ２の光束に対する近軸における回折パワーを負に設定する方法とを組合わせることで高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差の補正を行っている。重畳型回折構造ＨＯＥ１３の輪帯幅の最小値は９３．８μｍであり、十分な輪帯幅が得られているため金型加工が容易である。
また、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２に形成された回折構造ＤＯＥ１３の作用により、青紫色領域における軸上色収差と色球面収差変化を補正している。
モードホッピングによる青紫色半導体レーザの波長変化量を＋１ｎｍと仮定したとき、集光素子Ｌ２単独でのデフォーカス成分の変化量１１４ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には２３ｍλＲＭＳとなり、モードホッピングによるデフォーカス成分の変化が良好に補正されていることがわかる。
更に、青紫色半導体レーザの製造誤差による波長ばらつきを＋１０ｎｍと仮定したとき、集光素子Ｌ２単独での球面収差成分の変化量４７ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には４ｍλＲＭＳとなり、入射波長変化に伴う球面収差変化が良好に補正されていることがわかる。
実施例８の光学素子は、図２２に示したような第１０の光ピックアップ装置ＰＵ１０の対物光学系ＯＢＪとして最適な光学素子であり、その具体的な数値データを表２２に示す。また、図２５に光路図を示す。
Figure 0005002118
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第３４の光学機能領域ＡＲＥＡ３４に形成した重畳型回折構造ＨＯＥ１４の作用により、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正するとともに、ＤＶＤ使用時の開口制限は収差補正素子Ｌ１により自動的に行われる。
本実施例の光学素子では、重畳型回折構造ＨＯＥ１４の２次の光路差関数係数Ｂ２と、４次の光路差関数係数Ｂ４を異符号とすることにより、波長λ２の光束に対して補正補足の球面収差を付加させる方法と、波長λ２の光束に対する近軸における回折パワーを負に設定する方法とを組合わせることで高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差の補正を行っている。重畳型回折構造ＨＯＥ１４の輪帯幅の最小値は６６．３μｍであり、十分な輪帯幅が得られているため金型加工が容易である。
また、収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ側の光学機能面Ｓ１に形成された光路差付与構造ＮＰＳの作用により、青紫色領域における環境温度変化に伴う球面収差変化を補正している。
更に、環境温度が３０度上昇した場合の、青紫色半導体レーザの発振波長を４０８．５ｎｍ、その際の収差補正素子Ｌ１の屈折率を１．５２０９４、集光素子Ｌ２の屈折率を１．５５６８７としたとき、集光素子Ｌ２単独での球面収差成分の変化量８１ｍλＲＭＳに対し、集光素子Ｌ２に収差補正素子Ｌ１を組み合わせた場合には１５ｍλＲＭＳとなり、環境温度変化に伴う球面収差変化が良好に補正されていることがわかる。
尚、表２２−２の「第１面の光路差付与構造」において、ｉは中心領域及び各輪帯の番号を表し、中心領域をｉ＝０、中心領域の外側に隣接する第１輪帯をｉ＝１、第１輪帯の外側に隣接する第２輪帯をｉ＝２・・・・としている。ｈｉＳは中心領域及び各輪帯の始点高さ、ｈｉＬは中心領域及び各輪帯の終点高さを表す。また、ｍｉ１ｄは、中心領域に対する各輪帯の光軸方向への変移量を表す。例えば、第２輪帯（ｉ＝２）は、中心領域（ｉ＝０）に対して光ディスク側へ７．７６１μｍ変移しており、第６輪帯（ｉ＝６）は、中心領域（ｉ＝０）に対してレーザ光源側へ７．７６１μｍ変移している。また、ｍｉ１は中心領域に対する各輪帯の光路長差を波長λ１（＝４０７ｎｍ）を単位として表した値であり、ｍｉ２は中心領域に対する各輪帯の光路長差を波長λ２（λ２＝６６０ｎｍ）を単位として表した値である。例えば、第２輪帯は中心領域に対して１０×λ１（＝６×λ２）だけ光路長が短く、第６輪帯は中心領域に対して１０×λ１（＝６×λ２）だけ光路長が長い。
実施例９の光学系は、ともにプラスチックレンズである負レンズと正レンズとから構成されたエキスパンダーレンズと、ともにプラスチックレンズである収差補正素子と集光素子とから構成された対物光学系とから構成される光学系であって、第１２の光ピックアップ装置ＰＵ１２の光学系として最適である。その具体的な数値データを表２３に示す。
Figure 0005002118
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対物光学系は、収差補正素子の光源側の光学面（表２３において第５面）に形成した重畳型回折構造の作用により、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正したＨＤ／ＤＶＤ互換レンズである。尚、集光素子は、高密度光ディスクＨＤに対して球面収差補正が最適化されたレンズである。
また、高密度光ディスクＨＤとＣＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差は、エキスパンダーレンズの負レンズを光軸方向に動かして、対物光学系の倍率を変化させることで補正している。
また、入射光束の波長が変わると、色収差の影響で、エキスパンダーレンズから射出される光束の発散度が変化する。そこで、ＤＶＤに対する記録／再生時には、エキスパンダーレンズから射出される第２光束が平行光束となるように、負レンズと正レンズとの間隔が高密度光ディスクＨＤの場合よりも広くなるように負レンズを動かしている。
尚、重畳型回折構造で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の１次回折光の回折効率は８７％、第３光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％であり、何れの光束に対しても高い回折効率を得ている。
実施例１０の光学系は、プラスチックレンズであるエキスパンダーレンズと、プラスチックレンズである対物光学系とから構成される光学系であって、第１２の光ピックアップ装置ＰＵ１２の光学系として最適である。また、本実施例の対物光学系は、第１１の光ピックアップ装置ＰＵ１１の対物光学系としても最適である。その具体的な数値データを表２４に示す。
Figure 0005002118
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 対物光学系は、光源側の光学面（表２４において第３面）に形成した回折構造の作用により、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正したＨＤ／ＤＶＤ互換レンズである。
また、高密度光ディスクＨＤとＣＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差は、コリメートレンズを光軸方向に動かして、対物光学系の倍率を変化させることで補正しているが、回折構造で、第１光束乃至第３光束の１次回折光を利用することで、高密度光ディスクＨＤとＣＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を低減しているため、コリメートレンズの移動量が小さくてすみ、また、対物光学系のトラッキング特性を良好なものにしている。
また、入射光束の波長が変わると、色収差の影響で、コリメートレンズから射出される光束の発散度が変化する。そこで、ＤＶＤに対する記録／再生時には、コリメートレンズから射出される第２光束が平行光束となるように、コリメートレンズと対物光学系との間隔が高密度光ディスクＨＤの場合よりも狭くなるようにコリメートレンズを動かしている。
尚、回折構造で発生する第１光束の１次回折光の回折効率は８８％、第２光束の１次回折光の回折効率は７６％、第３光束の１次回折光の回折効率は５０％であり、製造波長λＢを４８０ｎｍに設定することで、記録時の高速化が要求される高密度光ディスクＨＤとＤＶＤに対して高い回折効率を得ている。
実施例１１の光学系は、ともにプラスチックレンズである負レンズと正レンズとから構成されたエキスパンダーレンズと、ともにプラスチックレンズである収差補正素子と集光素子とから構成された対物光学系とから構成される光学系であって、第１２の光ピックアップ装置ＰＵ１２の光学系として最適である。その具体的な数値データを表２５に示す。
Figure 0005002118
Figure 0005002118
 対物光学系は、収差補正素子の光源側の光学面（表２５において第５面）に形成した重畳型回折構造の作用により、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正したＨＤ／ＤＶＤ互換レンズである。尚、集光素子は、高密度光ディスクＨＤに対して球面収差補正が最適化されたレンズである。
また、高密度光ディスクＨＤとＣＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差は、エキスパンダーレンズの負レンズを光軸方向に動かして、対物光学系の倍率を変化させることで補正しているが、収差補正素子の光ディスク側の光学面（表２５において第６面）に形成した回折構造において、第１光束の５次回折光、第２光束の３次回折光、第３光束の２次回折光を利用することで、高密度光ディスクＨＤとＣＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を低減しているため、負レンズの移動量が小さくてすみ、また、対物光学系のトラッキング特性を良好なものにしている。
また、入射光束の波長が変わると、色収差の影響で、エキスパンダーレンズから射出される光束の発散度が変化する。そこで、ＤＶＤに対する記録／再生時には、エキスパンダーレンズから射出される第２光束が平行光束となるように、負レンズと正レンズとの間隔が高密度光ディスクＨＤの場合よりも広くなるように負レンズを動かしている。
尚、重畳型回折構造で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の１次回折光の回折効率は８７％、第３光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％であり、回折構造で発生する第１光束の５次回折光の回折効率は１００％、第２光束の３次回折光の回折効率は１００％、第３光束の２次回折光の回折効率は４１％である。２つの回折構造による回折効率は、第１光束が１００％、第２光束が８７％、第３光束が４１％となり、記録時の高速化が要求される高密度光ディスクＨＤとＤＶＤに対して高い回折効率を得ている。
光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 重畳型回折光学素子の構造を示す図面である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 重畳型回折光学素子の構造を示す図面である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 重畳型回折光学素子の構造を示す図面である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 重畳型回折光学素子の構造を示す図面である。 重畳型回折構造の作用の原理を説明するための図面である。 重畳型回折構造の作用の原理を説明するための図面である。 重畳型回折構造の作用の原理を説明するための図面である。 波長選択フィルタの透過率と開口数との関係を示すグラフである。 波長選択フィルタの透過率と開口数との関係を示すグラフである。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 重畳型回折光学素子の構造を示す図面である。 重畳型回折光学素子の構造を示す断面図である。 重畳型回折光学素子の構造を示す断面図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 光ピックアップ装置の光路図である。 光ピックアップ装置の光路図である。 光ピックアップ装置の光路図である。 重畳型回折構造を説明するための図である。 回折構造を説明するための図（ａ）、（ｂ）である。 光路差付与構造を説明するための図である。 光路差付与構造の機能を説明するための図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
符号の説明
ＰＵ 光ピックアップ装置
Ｌ１ 重畳型回折構造光学素子
Ｌ２ 集光素子
ＨＯＥ 重畳型回折構造
ＤＯＥ 回折構造

Claims (13)

  1. 第１光源から射出される第１波長λ１の光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、第２光源から射出される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、第３光源から射出される第３波長λ３（λ３＞λ２）の光束を用いて厚さｔ３（ｔ３＞ｔ２）の保護層を有する第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又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、
    前記光学素子の光学機能面のうち、少なくとも１つの光学機能面は、光軸を中心とした同心円状の複数の光学機能領域に分割され、
    前記複数の光学機能領域のうち、少なくとも光軸を含む光学機能領域は、その内部に複数の段差が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配された構造である重畳型回折構造が形成されており、
    前記第１波長λ１の光束が前記重畳型回折構造に入射した際に発生する回折次数と、前記第２波長λ２の光束が前記重畳型回折構造に入射した際に発生する回折次数と、前記第３波長λ３の光束が前記重畳型回折構造に入射した際に発生する回折次数とが、それぞれ異なり、
    前記第１波長λ１（μｍ）、前記第２波長λ２（μｍ）、前記第３波長λ３（μｍ）、前記重畳型回折構造において各輪帯内に形成された前記段差の数Ｎ、前記段差の光軸方向の深さΔ（μｍ）、前記光学素子の前記第１波長λ１に対する屈折率Ｎλ1、前記光学素子の前記第２波長λ２に対する屈折率Ｎλ2、前記光学素子の前記第３波長λ３に対する屈折率Ｎλ3により、それぞれ以下の（５４）乃至（５６）式で表されるφ１、φ２、φ３が、以下の（５７）乃至（５９）式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置用の光学素子。
    φ１＝Δ（Ｎλ1−１）（Ｎ＋１）／λ１ （５４）
    φ２＝Δ（Ｎλ2−１）（Ｎ＋１）／λ２ （５５）
    φ３＝Δ（Ｎλ3−１）（Ｎ＋１）／λ３ （５６）
    ０≦｜ＩＮＴ（φ１）−φ１｜≦０．４ （５７）
    ０≦｜ＩＮＴ（φ２）−φ２｜≦０．４ （５８）
    ０≦｜ＩＮＴ（φ３）−φ３｜≦０．４ （５９）
    但し、ＩＮＴ（φｉ）（ｉ＝１、２、３）は、φｉを四捨五入して得られる整数である。
  2. 前記φ１、及び各輪帯内に形成された前記段差の数Ｎが以下の（６０）及び（６１）式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用の光学素子。
    φ１≦２４ （６０）
    ３≦Ｎ≦１１ （６１）
  3. 前記複数の光学機能領域の全てに、前記重畳型回折構造が形成されている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用の光学素子。
  4. 前記複数の光学機能領域のうち、少なくとも１つの光学機能領域には、前記重畳型回折構造が形成されていない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用の光学素子。
  5. 前記複数の光学機能領域は、３つの光学機能領域であり、前記３つの光学機能領域のうち、光軸を含む光学機能領域に入射した前記第１波長λ１の光束乃至前記第３波長λ３の光束は、それぞれ、前記第１光情報記録媒体乃至前記第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記３つの光学機能領域のうち、前記光軸を含む光学機能領域の外側に隣接する光学機能領域に入射した前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束は、それぞれ、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上に集光し、前記３つの光学機能領域のうち、最も外側の光学機能領域に入射した前記第１波長λ１の光束は、前記第１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請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
  6. 前記第２波長λ２の光束に対する前記重畳型回折構造の近軸における回折パワーが負であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
  7. 前記重畳型回折構造は、前記第２波長λ２の光束に対して補正不足の球面収差を付加することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
  8. 前記第２波長λ２の光束に対する前記重畳型回折構造の近軸における回折パワーが正であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
  9. 前記重畳型回折構造は、前記第２波長λ２の光束に対して補正過剰の球面収差を付加することを特徴とする請求項１乃至５及び８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
  10. 前記重畳型回折構造において、各輪帯内に形成された前記段差のうち、隣接する段差間の光軸に垂直な方向の間隔の最小値Ｐが以下の（３１）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
    Ｐ＞３μｍ （３１）
  11. 前記重畳型回折構造において、各輪帯内に形成された前記段差のうち、隣接する段差間の光軸に垂直な方向の間隔の最小値Ｐが以下の（３２）式を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
    Ｐ＞５μｍ （３２）
  12. 前記重畳型回折構造において、各輪帯内に形成された前記段差のうち、隣接する段差間の光軸に垂直な方向の間隔の最小値Ｐが以下の（３３）式を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の光ピックアップ装置用の光学素子。
    Ｐ＞１０μｍ （３３）
  13. 第１光源から射出される第１波長λ１の光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、第２光源から射出される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、第３光源から射出される第３波長λ３（λ３＞λ２）の光束を用いて厚さｔ３（ｔ３＞ｔ２）の保護層を有する第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の光学素子を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
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