JPWO2005091279A1 - 光ピックアップ装置用の対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

光ピックアップ装置用の対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 Download PDF

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Abstract

本発明の光ピックアップ装置用の対物光学系は、第１位相構造と第２位相構造の少なくとも２つの位相構造を有する収差補正素子と、該収差補正素子から射出された前記第１光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、該収差補正素子から射出された前記第２光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有する集光素子の少なくとも２つの光学素子から構成され、前記第２位相構造は前記第１光束の波長変化に伴う前記対物光学系の集光特性の変化及び／または環境温度変化に伴う前記対物光学系の集光特性の変化を抑制する機能を有する。

Description

本発明は、複数種類の光ディスクに対する情報の再生及び／または記録が可能な光ピックアップ装置用の対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関する。
従来より、記録密度が異なる複数種類の光ディスクに対して記録／再生を行うことが可能な、互換性を有する光ピックアップ装置が知られており、例えば、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）とＣＤ（コンパクトディスク）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録／再生するものがある。また、近年、記録密度が異なる光ディスクとして、青紫色レーザ光源（例えば、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザなど）を用いる高密度光ディスクＨＤ（以下、記録／再生用のレーザ光源として、青紫色レーザ光源を使用する光ディスクを総称して「高密度光ディスクＨＤ」という）と、従来のＤＶＤ、更にはＣＤとも互換性のある光ピックアップ装置が要求されてきている。
また、レーザ光源の発光波長のばらつきを考え、高密度光ディスクＨＤで使用される波長付近及びＤＶＤで使用される波長付近の何れの波長領域においても色収差は小さいほうが望ましい。特に、高密度光ディスクＨＤで使用される光束は青紫色領域であり、青紫色領域でのレンズ材料の波長分散は大きいため、色収差の補正は必須となる。さらに、単位波長あたりの球面収差の変化量及び環境温度変化に伴う球面収差の変化量は対物光学系の開口数（ＮＡ）の４乗に比例して増大するため、高密度光ディスクＨＤの１規格であるブルーレイディスクのようなＮＡ０．８５の対物光学系では、上記の問題がより一層顕在化する。
単位波長あたりの球面収差の変化量と環境温度変化に対する球面収差の変化量は対物光学系に回折構造を付加することで緩和できる。しかしながら、単位波長あたりの球面収差の変化量と環境温度変化に伴う球面収差の変化量はトレードオフの関係にあるため両立できず、他のパラメータを導入して単位波長あたりの球面収差の変化量と環境温度変化に伴う球面収差の変化量の総和を低減する必要がある。
また、高密度光ディスクＨＤでの倍率とＤＶＤでの倍率の差を小さくすることで、光ピックアップ装置の簡略化に繋がる。
記録密度が異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を有する対物光学系及び光ピックアップ装置として、光学面上に形成した回折構造を利用する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、位相構造としての回折構造を有する２群構成であり、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤに対して共通して使用可能な対物光学系に関する技術が開示されている。この２群構成の対物光学系は、光ディスク側の集光素子に近軸パワーの殆どを負担させることで、ＤＶＤやＣＤ等の保護層厚みの大きい光ディスクに対する作動距離を確保するとともに、光源側の収差補正素子に位相構造としての回折構造を形成することで、回折構造の段差部分による光線のけられを防止し透過率を向上させるものである。
欧州特許出願公開第１３０４６８９号明細書
特許文献１には、２群構成の対物光学系において、保護層の厚さが各光ディスクで異なることに起因して発生する球面収差や各光ディスクで使用する波長が異なることに起因して発生する球面収差を補正する位相構造に関する記載がある。しかしながら、保護層の厚さが各光ディスクで異なることに起因して発生する球面収差や各光ディスクで使用する波長が異なることに起因して発生する球面収差を補正する位相構造の他に、高密度光ディスクＨＤ用の青紫色波長領域での波長変化に対する集光特性の変化及び環境温度変化に伴う集光特性の変化を抑制するための位相構造があり、かつ青紫色波長領域での波長変化及び環境温度変化に伴う集光特性の変化を抑制する最適な２枚のレンズの近軸パワー比を指定する２群構成の対物光学系に関する記載は特許文献１にはない。
また、対物光学系には入射光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための屈折力が要求されることから、対物光学系を単玉のレンズで構成した場合には光学面の曲率が大きくならざるを得ず、このような曲率が大きな光学面に回折構造を設けることが、レンズ製造の観点から容易ではないという問題があった。
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、記録密度が異なる複数の光ディスクに対して十分に球面収差を補正した状態で情報の再生及び／または記録を行うことができ、さらに、レンズ製造が容易化された光ピックアップ装置用の対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供することである。
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ＨＤ」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（例えば、ブルーレイディスク）の他に、ＮＡ０．６５乃至０．６７の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ＨＤ ＤＶＤ）も含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクの他に、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護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ＨＤ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。
また、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。
また、本明細書において、「対物光学系」とは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された波長が互いに異なる光束を、記録密度が互いに異なる光ディスクのそれぞれの情報記録面上に集光する機能を有する集光素子と、該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駆動される光学素子とから構成されるレンズ群を指すものとする。
また、本明細書において開口数とは、光ディスクの規格で規定されている開口数、或いは、光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために必要なスポット径を得ることができる、回折限界性能を有する対物光学系の像側開口数を指すものとする。
以上の課題を解決するために、本発明の光ピックアップ装置用の対物光学系は次の構成を有する。
第１光源から射出される波長λ１の第１光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行い、第２光源から射出される波長λ２（λ２＞λ１）の第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記対物光学系は、第１位相構造と第２位相構造の少なくとも２つの位相構造を有する収差補正素子と、該収差補正素子から射出された前記第１光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、該収差補正素子から射出された前記第２光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有する集光素子の少なくとも２つの光学素子から構成され、前記第２位相構造は前記第１光束の波長変化に伴う前記対物光学系の集光特性の変化及び／または環境温度変化に伴う前記対物光学系の集光特性の変化を抑制する機能を有する。
図１は回折構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。 図２は回折構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。 図３は回折構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。 図４は回折構造及び光路差付与構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。 図５は光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 図６は対物光学系の構成を示す要部平面図である。 図７は環境温度が３０度上昇したときの波面収差図である。
最初に、本発明の上記課題を解決するための好ましい実施形態を説明する。
項１記載の構成は、第１光源から射出される波長λ１の第１光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行い、第２光源から射出される波長λ２（λ２＞λ１）の第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記対物光学系は、第１位相構造と第２位相構造の少なくとも２つの位相構造を有する収差補正素子と、該収差補正素子から射出された前記第１光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、該収差補正素子から射出された前記第２光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有する集光素子の少なくとも２つの光学素子から構成され、
前記収差補正素子の前記第１光束に対する近軸パワーをＰ１（ｍｍ-1）、前記集光素子の前記第１光束に対する近軸パワーをＰ２（ｍｍ-1）とし、前記第１光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う際の前記対物光学系の倍率をｍ１、前記第２光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う際の前記対物光学系の倍率をｍ２としたとき、以下の（１）式及び（２）式を満たすことを特徴とする。
−０．０５≦Ｐ１／Ｐ２≦０．３０ （１）
０≦｜｜ｍ１｜−｜ｍ２｜｜≦０．０５ （２）
ここで、収差補正素子の第1光束に対する焦点距離をｆ１（ｍｍ）、集光素子の第1光束に対する焦点距離をｆ２（ｍｍ）とすると、前記近軸パワーＰ１と、前記近軸パワーＰ２は以下の式で定義される。
Ｐ１＝ １ ／ ｆ１
Ｐ２＝ １ ／ ｆ２
項２記載の構成は、項１に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記第1位相構造は前記ｔ１と前記ｔ２の差により生じる球面収差を補正し、前記第２位相構造は前記第１光束の波長変化に伴う前記対物光学系の集光特性の変化及び／または環境温度変化に伴う前記対物光学系の集光特性の変化を抑制する機能を有することを特徴とする。
項３記載の構成は、項１に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記第１位相構造は該第１位相構造に入射する前記第１光束と前記第２光束の波長差により生じる球面収差を補正し、前記第２位相構造は前記第１光束の波長変化に伴う前記対物光学系の集光特性の変化及び/または環境温度変化に伴う前記対物光学系の集光特性の変化を抑制する機能を有することを特徴とする。
項１に記載の構成のように、第１位相構造と第２位相構造の少なくとも２つの位相構造を有する収差補正素子と、集光素子の少なくとも２つの光学素子で対物光学系を構成し、これら収差補正素子及び集光素子の近軸パワーや対物光学系の倍率が上記（１）式及び（２）式を満たすように設定することで、記録密度が異なる複数の光ディスクに対して十分に球面収差を補正した状態で情報の再生及び／または記録を行うことができる対物光学系が得られる。
例えば、第１光ディスクとして、保護層の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ブルーレイディスク）を用いる場合には、項２に記載のように、第1位相構造でｔ１とｔ２の差により生じる球面収差を補正し、第２位相構造で第１光束の波長変化に伴う対物光学系の集光特性の変化及び／または環境温度変化に伴う対物光学系の集光特性の変化を抑制することができる。
また、例えば、第１光ディスクとして、保護層の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ＨＤ ＤＶＤ）を用いる場合には、項３に記載のように、第１位相構造で該第１位相構造に入射する第１光束と第２光束の波長差により生じる球面収差を補正し、第２位相構造で第１光束の波長変化に伴う対物光学系の集光特性の変化及び/または環境温度変化に伴う対物光学系の集光特性の変化を抑制することができる。
また、入射光束に対する屈折力を専ら光ディスク側に配置される集光素子に持たせることになるので、ＤＶＤに対する作動距離を十分に確保することが可能となる。
また、収差補正素子の入射面及び射出面は、その曲率が小さくなり、略平板状になるので、入射面及び射出面に形成する第１位相構造及び第２位相構造の段差部分により、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、透過率の低下を防止でき、さらに、曲率が大きな光学面に位相構造を設ける場合と比較して、レンズ製造が容易となる。
項４記載の構成は、項２又は３に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記第１位相構造及び前記第２位相構造は、同心円状の複数の輪帯が配列されると共に前記各輪帯が不連続な光軸方向の段差により階段状に分割されており、前記第１光束には実質的に位相差を与えず、前記第２光束には実質的に位相差を与える波長選択型回折構造と、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成される光路差付与構造と、同心円状の複数の輪帯が配列された構造であって、前記第１光束が入射した際に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１、前記第２光束が入射した際に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２を満たす異次回折構造のうちのいずれかであることを特徴とする。
上記第１位相構造及び第２位相構造は項４に記載のように、波長選択型回折構造、光路差付与構造、および異次回折構造の何れであっても良い。
本明細書に記載の“波長選択型回折構造”とは、図３に模式的に示すように、同心円状の複数の輪帯が配列されるとともに、各輪帯が不連続な光軸方向の段差により階段状に分割される構造（以下、「波長選択型回折構造ＨＯＥ」という）であって、波長選択型回折構造ＨＯＥの段差量ｄと段差数Ｎを適切に設定することにより、例えば、波長λ１の第１光束には位相差を与えず、回折させずにそのまま透過させ、波長λ２の第２光束には位相差を与えることで回折させる回折構造である。
本明細書に記載の“光路差付与構造”とは、図４に模式的に示すように、光軸方向の段差（深さｄ）により分割された同心円状の複数の輪帯１０５から構成される（以下、「光路差付与構造ＮＰＳ」という）。段差１０４の方向は有効径途中で入れ替わる断面形状であってもよい。光路差付与構造ＮＰＳは、所定の温度及び設定の波長において、隣接する輪帯間で入射光束の波長の整数倍の光路差を発生するように段差ｄが設計されており、段差ｄは以下の数３を満たす。
ｄ＝５ｋ・λ１/（Ｎ１−１）＝３ｋ・λ２/（Ｎ２−１） （数３）
但し、λ１は高密度光ディスクＨＤで使用される波長領域における波長であり、λ２はＤＶＤで使用される波長領域における波長である。また、Ｎ１は波長λ１に対する収差補正素子の屈折率、Ｎ2は波長λ2に対する収差補正素子の屈折率、ｋは自然数である。
本明細書に記載の“異次回折構造”とは、図１に模式的に示すように同心円状の複数の輪帯１００が配列された構造である（以下、「異次回折構造ＤＯＥ」という）。また、図２に模式的に示すように、段差１０１の方向が有効径内で同一である複数の輪帯１０２から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものや、図４に模式的に示すように、段差１０４の方向が有効径途中で入れ替わる複数の輪帯１０５から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものであってよい。波長λ１の第１光束が入射した際に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１、波長λ２の前記第２光束が入射した際に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２を満たすように回折構造の段差量ｄを設定している。具体的な回折次数ｎ１、ｎ２の組み合わせとして、（ｎ１、ｎ２）＝（２、１）、（３、２）、（５、３）、（８、５）、（１０、６）のいずれかであることが好ましく、この組み合わせを選択することにより、それぞれの光ディスクでの波長で高い回折効率を維持することができる。
尚、図１乃至図４は、各位相構造を平面上に形成した場合を模式的に示したものであるが、各位相構造を球面或いは非球面上に形成しても良い。
項５記載の構成は、項４に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記収差補正素子はプラスチックレンズであり、前記集光素子はガラスレンズであって、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（３）式を満たすことを特徴とする。
−０．０５≦Ｐ１／Ｐ２≦０．０５ （３）
項６記載の構成は、項５に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記集光素子は、前記第１光束の波長λ１における屈折率が１．６以上であることを特徴とする。
項７記載の構成は、項４に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記収差補正素子及び前記集光素子はともにプラスチックレンズであって、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（４）式を満たすことを特徴とする。
０．０３≦Ｐ１／Ｐ２≦０．３０ （４）
項８記載の構成は、項７に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記第１位相構造が前記異次回折構造で、前記第２位相構造が前記光路差付与構造であるとき、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（５）式を満たすことを特徴とする。
０．０８≦Ｐ１／Ｐ２≦０．１０ （５）
項９記載の構成は、項７に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記第１位相構造が前記異次回折構造で、前記第２位相構造が前記異次回折構造であるとき、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（６）式を満たすことを特徴とする。
０．０７≦Ｐ１／Ｐ２≦０．１０ （６）
項１０記載の構成は、項７に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記第１位相構造が前記波長選択型回折構造で、前記第２位相構造が前記光路差付与構造であるとき、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（７）式を満たすことを特徴とする。
０．０７≦Ｐ１／Ｐ２≦０．１０ （７）
項１１記載の構成は、項７に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記第１位相構造が前記波長選択型回折構造で、前記第２位相構造が前記異次回折構造であるとき、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（８）式を満たすことを特徴とする。
０．０８≦Ｐ１／Ｐ２≦０．１０ （８）
項１２記載の発明は、項１乃至項１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
前記収差補正素子と前記集光素子とが一体化されていることを特徴とする。
項１３記載の発明は、項１乃至項１２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系を搭載していることを特徴とする。
項１４記載の発明は、項１３に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする。
本発明によれば、記録密度が異なる複数の光ディスクに対して十分に球面収差を補正した状態で情報の再生及び／または記録を行うことができ、さらに、レンズ製造が容易化された光ピックアップ装置用の対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を得られる。
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。
図５は高密度光ディスクＨＤとＤＶＤに対して適切に情報の記録/再生を行える光ピックアップ装置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。ただし、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組み合わせはこれに限らない。
光ピックアップ装置ＰＵは、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され、波長λ１のレーザー光束を射出する青紫色レーザーＬＤ１、ＤＶＤに対して情報の再生/記録を行う場合に発光され波長λ２のレーザー光束を射出する赤色半導体レーザーＬＤ２、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ共用の光検出器ＰＤ、青紫色半導体レーザーＬＤ１から射出されるレーザー光束の断面形状を楕円形から円形に整形するためのビーム整形素子ＢＳＨ、第１のビームスプリッターＢＳ１、第２のビームスプリッターＢＳ２、収差補正素子Ｌ１と、レーザー光束を情報記録面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ＮＡ１に対応した絞りＳＴＯ、コリメートレンズＣＯＬ、センサーレンズＳＥＮとから構成される。なお、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ーＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザーを使用することもできる。
光ピックアップ装置ＰＵにおいて、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録/再生を行う場合には、図５においては実線でその光学経路を描いたように、青色半導体レーザーＬＤ１を発光させる。青色半導体レーザーＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＢＳＨを通過する際に、その断面形状が楕円形から円形に整形され、第１のビームスプリッタ−ＢＳ１、第２のビームスプリッタ−ＢＳ２を通過し、コリメータレンズＣＯＬを経て略平行光束とされた後、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、コリメータレンズＣＯＬを通過した後、第２のビームスプリッターＢＳ２で分岐され、センサーレンズＳＥＮを経ることによって非点収差が与えられ、光検出器ＰＤに集光する。そして、光検出器ＰＤ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。
光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＤＶＤに対して情報の記録/再生を行う場合には、図５においては破線でその光学経路を描いたように、赤色半導体レーザーＬＤ２から発光させる。赤色半導体レーザーＬＤ２から射出された発散光束は、第１のビームスプリッターＢＳ１、第２のビームスプリッターＢＳ２を通過し、コリメータレンズＣＯＬを経て略平行光束とされた後、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤ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、絞りＳＴＯ、コリメータレンズＣＯＬを通過した後、第２のビームスプリッターＢＳ２で分岐され、センサーレンズＳＥＮを経ることによって非点収差が与えられ、光検出器ＰＤに集光する。そして、光検出器ＰＤ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。
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、上述のように、収差補正素子Ｌ１と、収差補正素子Ｌ１から射出された第１光束を高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に集光させ、収差補正素子Ｌ１から射出された第２光束をＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に集光させる機能を有する集光素子Ｌ２とから構成されている。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。
なお、図６に示すように、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２はそれぞれ、その光学機能領域（青紫色レーザ光源からの光束が通過する領域）の周辺部には、光学機能領域と一体化されたフランジ部ＦＬ１とＦＬ２を有し、これらフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２同士を接合し、一体化されたものでも良い。
収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学面（入射面）Ｓ１には第１位相構造が形成されており、光ディスク側の光学面（射出面）Ｓ２には第２位相構造が形成されている。
具体的には、第１位相構造として、図３に示したような、同心円状の複数の輪帯が配列されると共に各輪帯が不連続な光軸方向の段差により階段状に分割された波長選択型回折構造ＨＯＥが形成されている。
波長選択型回折構造ＨＯＥにおいて、各輪帯内に形成された階段構造の深さｄ（μｍ）は、ｄ＝２λ１／（Ｎ１−１）で算出される値に設定され、各輪帯は４つの段差により５分割されている。ただし、λ１は青紫色半導体レーザーＬＤ１から射出されるレーザー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＝０．４０７μｍ）、Ｎ１は波長λ１に対する屈折率である。
光軸方向の深さｄがこのように設定された階段構造に対して、波長λ１のレーザー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のレーザー光束は実質的に位相差は与えられないので回折されずにそのまま透過する。
また、赤色半導体レーザーＬＤ２からの波長λ２（ここでは、λ２＝０．６６０μｍ）のレーザー光束が入射した場合、各段差によりδ＝２×０．４０７×（１．５０６３５−１）／（１．５２４３９−１））＝０．１２６μｍの光路差が生じるので、５分割された各輪帯の始点と終点では０．１２６μｍ×５＝０．６３０μｍ≒１×６６０ｎｍと、波長λ２の１波長分の光路差が生じることとなる。隣接する輪帯の波面がそれぞれ１波長分ずれて重なるため、波長λ２のレーザー光束は＋１次の方向に回折する。
ここで、波長λ１の第１光束と保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍとの組合せに対して波面収差が最小となるように、収差補正素子Ｌ１及び集光素子Ｌ２を設計した場合、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２との厚さの違いにより、対物光学系ＯＢＪを通過した第２光束の球面収差は補正過剰方向となってしまう。
そこで、波長選択型回折構造ＨＯＥの各輪帯の幅を、第２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することで、波長選択型回折構造ＨＯＥによる球面収差の付加量と、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２との厚みの差により発生する補正過剰方向の球面収差とを互いに相殺し、第２光束がＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に良好なスポットを形成するようになっている。
また、第２位相構造として、図１に示したような、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯が配列された構造であって、光軸を含む断面形状が鋸歯形状となる異次回折構造ＤＯＥが形成されている。
異次回折構造ＤＯＥは、第１光束が入射した際に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１、第２光束が入射した際に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２を満たすように回折構造の段差を設定している。
このような異次回折構造ＤＯＥに対して、波長がλ１より若干長くなった状態で第１光束が入射した場合には、球面収差を補正不足方向に変化させ、波長がλ１より若干短くなった状態で第１光束が入射した場合には、球面収差を補正過剰方向に変化させることができるという、異次回折構造ＤＯＥに球面収差の波長依存性を持たせることができる。これにより、入射波長変化に伴い発生する球面収差変化を相殺し、対物光学系ＯＢＪの集光特性の変化を抑制することができる。
なお、異次回折構造ＤＯＥの球面収差の波長依存性を利用して、環境温度変化に伴って対物光学系ＯＢＪを構成する各レンズの屈折率が変化することに起因する当該対物光学系ＯＢＪの集光特性の変化を抑制する機能を持たせることもできる。
また、収差補正素子Ｌ１の第１光束に対する近軸パワーをＰ１（ｍｍ-1）、集光素子Ｌ２の第１光束に対する近軸パワーをＰ２（ｍｍ-1）とし、高密度光ディスクＨＤに対する情報の再生及び／または記録を行う際の対物光学系ＯＢＪの倍率をｍ１、ＤＶＤに対する情報の再生及び／または記録を行う際の対物光学系ＯＢＪの倍率をｍ２としたとき、以下の（１）式及び（２）式を満たすように、収差補正素子Ｌ１及び集光素子Ｌ２が設計されている。
−０．０５≦Ｐ１／Ｐ２≦０．３０ （１）
０≦｜｜ｍ１｜−｜ｍ２｜｜≦０．０５ （２）
このように、入射光束に対する屈折力を専ら光ディスク側に配置される集光素子Ｌ２に持たせることで、ＤＶＤに対する作動距離を十分に確保することが可能となり、また、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２を組み合わせる際の精度を軽減することができる。
また、収差補正素子Ｌ１の入射面及び射出面は、その曲率が小さくなり、略平板状になるので、入射面及び射出面に形成する第１位相構造及び第２位相構造の段差部分により、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、透過率の低下を防止でき、さらに、曲率が大きな光学面に位相構造を設ける場合と比較して、レンズ製造が容易となる。
また、高密度光ディスクＨＤでの倍率とＤＶＤでの倍率の差を小さくすることで、光ピックアップ装置の構成を簡略化でき、トラッキング制御を容易化できる。さらに、各光ディスクでの倍率を０にすることで、対物光学系ＯＢＪがシフトすることで発生するコマ収差を抑制できるため、良好なトラッキング特性を得られる。
なお、本実施の形態においては、位相構造として、波長選択型回折構造ＨＯＥと異次回折構造ＤＯＥを用いたが、これに限らず、図４に示したような、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成される光路差付与構造ＮＰＳや異次回折構造ＤＯＥを用いても良い。また、第１位相構造と第２位相構造の組み合わせとしては、本実施の形態に示したものに限らず、波長選択型回折構造ＨＯＥ、異次回折構造ＤＯＥ及び光路差付与構造ＮＰＳのうちのいずれか２つの位相構造を組み合わせたり、あるいは、いずれか１つの位相構造を第１位相構造と第２位相構造の両方に用いても良い。
また、光ピックアップ装置に、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．６ｍｍとなる高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの互換性を持たせる場合には、上述したような、第１位相構造を利用して保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２との厚みの差により発生する球面収差を補正する必要がないので、この場合、第１位相構造を第１光束と第２光束の波長差により生じる球面収差を補正するための構造とすることができる。
なお、収差補正素子Ｌ１をプラスチックレンズとし、集光素子Ｌ２をガラスレンズとした場合には、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（３）式を満たすように設計することが好ましい。
−０．０５≦Ｐ１／Ｐ２≦０．０５ （３）
なお、図示は省略するが、上記実施の形態に示した光ピックアップ装置ＰＵ、光ディスクを回転自在に保持する回転駆動装置、これら各種装置の駆動を制御する制御装置を搭載することで、光ディスクに対する光情報の記録及び光ディスクに記録された情報の再生のうち少なくとも一方の実行が可能な光情報記録再生装置を得ることが出来る。
次に、前述した対物光学系ＯＢＪの実施例について説明する。
なお、以下の実施例１〜９の対物光学系ＯＢＪのうち、実施例１〜８の対物光学系は、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２が共にプラスチックレンズであり、実施例９の対物光学系は、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。
表１は実施例１における対物光学系のレンズデータである。
以下の表１〜表９において、ＮＡ１、ＮＡ２は開口数、ｆ１、ｆ２は焦点距離（mm）、λ１、λ２は設計波長（ｎｍ）、ｍ１、ｍ２は倍率、ｔ１、ｔ２は保護層の厚さ（ｍｍ）、ＯＢＪは物点（半導体レーザ光源の発光点）、ＳＴＯは絞り、ｒは曲率半径（ｍｍ）、ｄ１、ｄ２は面間隔（ｍｍ）、Ｎλ１、Ｎλ２は設計波長に対する屈折率、νｄはｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数、ｎ１、ｎ２は記録/再生用ビームの回折次数、λＢは回折構造の製造波長（ｎｍ）を表す。
尚、表１において、１０のべき乗数（例えば４．１６７２×１０―3）を、Ｅ（例えば４．１６７２Ｅ―３）を用いて表すものとする。
収差補正素子の入射面（第１面）は、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜１．１９０ｍｍの範囲内の第１領域ＡＲＥＡ１と、１．１９０≦ｈの範囲内の第２領域ＡＲＥＡ２に分割された非球面形状となっており、第１領域ＡＲＥＡ１に第１位相構造としての波長選択型回折構造が形成されている。
収差補正素子の射出面（第２面）は非球面形状となっており、第２位相構造としての異次回折構造が形成されている。
また、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）は共に位相構造が形成されていない非球面形状となっている。
収差補正素子の入射面（第１面）及び射出面（第２面）、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）の非球面は、それぞれ数１式に表１に示す係数を代入した数式で規定され、光軸に対して軸対称となっている。
ここで、Ｘ（ｈ）は、その面の頂点に接する平面からの変化量（ｍｍ）、ｈは光軸に垂直な方向の高さ（ｍｍ）、ｒは曲率半径、κは円錐係数、Ａ2iは非球面係数である。
また、第１位相構造及び第２位相構造は、この構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、ｈ（ｍｍ）を光軸に垂直な方向の高さ、Ｃ2jを光路差関数係数、ｎを入射光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数、λ（ｎｍ）を位相構造に入射する光束の波長、λＢ（ｎｍ）を位相構造の製造波長とするとき、次の数２式に表１に示す係数を代入して定義される光路差関数φb（mm）で表される。
また、収差補正素子の第１光束に対する近軸パワーＰ１（ｍｍ-1）と集光素子の第１光束に対する近軸パワーＰ２（ｍｍ-1）の比Ｐ１／Ｐ２は０．０８となっている。
また、異次回折構造は、波長λ１に対しては＋５次回折光の回折効率、波長λ２に対しては＋３次回折光の回折効率がそれぞれ最大となるようにその段差の深さが設定されている。
本実施例の対物光学系において、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が１ｎｍのとき０．０３６λＲＭＳ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分かる。
また、第１光束の波長λ１が５ｎｍ増加し、第２光束の波長λ２が２０ｎｍ増加した場合の、各波長に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ−０．０２７λＲＭＳ、−０．０３６λＲＭＳとなった。さらに、環境温度が３０℃上昇したときの、第１光束及び第２光束に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ０．０２８λＲＭＳ、−０．０２５λＲＭＳとなった。
以上より、本実施例の対物光学系は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤのそれぞれに対して良好な性能を有していることが分かる。
表２は実施例２における対物光学系のレンズデータである。
収差補正素子の入射面（第１面）は、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜１．２０ｍｍの範囲内の第１領域ＡＲＥＡ１と、１．２０≦ｈの範囲内の第２領域ＡＲＥＡ２に分割された非球面形状となっており、第１領域ＡＲＥＡ１に第１位相構造としての波長選択型回折構造が形成されている。
収差補正素子の射出面（第２面）は非球面形状となっており、第２位相構造としての異次回折構造が形成されている。
また、集光素子の入射面（第３面）は位相構造が形成されていない非球面形状であり、射出面（第４面）は位相構造が形成されていない光軸に対して垂直な平面形状となっている。
収差補正素子の入射面（第１面）及び射出面（第２面）、集光素子の入射面（第３面）の非球面は、それぞれ上記数１式に表２に示す係数を代入した数式で規定され、光軸に対して軸対称となっている。
また、第１位相構造及び第２位相構造は、この構造により透過波面に付加される光路差で表され、この光路差は上記数２式に表２に示す係数を代入して定義される光路差関数φb（mm）で表される。
また、収差補正素子の第１光束に対する近軸パワーＰ１（ｍｍ-1）と集光素子の第１光束に対する近軸パワーＰ２（ｍｍ-1）の比Ｐ１／Ｐ２は０．２７となっている。
また、異次回折構造は、波長λ１に対しては＋５次回折光の回折効率、波長λ２に対しては＋３次回折光の回折効率がそれぞれ最大となるようにその段差の深さが設定されている。
本実施例の対物光学系において、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が１ｎｍのとき０．０６５λＲＭＳ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分かる。
また、第１光束の波長λ１が５ｎｍ増加し、第２光束の波長λ２が２０ｎｍ増加した場合の、各波長に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ−０．０１１λＲＭＳ、−０．０２１λＲＭＳとなった。さらに、環境温度が３０℃上昇したときの、第１光束及び第２光束に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ０．０１８λＲＭＳ、−０．０２０λＲＭＳとなった。
以上より、本実施例の対物光学系は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤのそれぞれに対して良好な性能を有していることが分かる。
表３は実施例３における対物光学系のレンズデータである。
収差補正素子の入射面（第１面）は、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜１．３５ｍｍの範囲内の第１領域ＡＲＥＡ１と、１．３５≦ｈの範囲内の第２領域ＡＲＥＡ２とに分割された非球面形状となっており、第１領域ＡＲＥＡ１及び第２領域ＡＲＥＡ２には第１位相構造としての異次回折構造が形成されている。
収差補正素子の射出面（第２面）には、非球面形状に段差が付加された第２位相構造としての光路差付与構造が形成されている。
また、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）は共に位相構造が形成されていない非球面形状となっている。
収差補正素子の入射面（第１面）及び射出面（第２面）、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）の非球面は、それぞれ上記数１式に表３に示す係数を代入した数式で規定され、光軸に対して軸対称となっている。
また、第１位相構造は、この構造により透過波面に付加される光路差で表され、この光路差は上記数２式に表３で示す係数を代入して定義される光路差関数φb（ｍｍ）で表される。
また、収差補正素子の第１光束に対する近軸パワーＰ１（ｍｍ-1）と集光素子の第１光束に対する近軸パワーＰ２（ｍｍ-1）の比Ｐ１／Ｐ２は０．１０となっている。
また、第１領域ＡＲＥＡ１の異次回折構造は、第１光束波長λ１に対しては+２次回折光の回折効率、第２光束波長λ２に対しては＋１次回折光の回折効率がそれぞれ最大となるような段差の深さに設定されている。また、第２領域ＡＲＥＡ２は波長λ１に対して＋２次回折光の回折効率が最大となるように段差の深さが設定されている。
また、第２面に付加されている第２位相構造としての光路差付与構造は、各段差は波長λ１及びλ２に対して上記数３式を満たすように設定されており、実質的に位相差を与えない深さになっている。表中のiは光路差付与構造の各輪帯の番号を表し、光軸を含む輪帯をi＝１、その外側（光軸から離れる方向）に隣接する輪帯をi＝２、さらに外側に隣接する輪帯をi＝３、・・・とする。すなわち、本実施例は７本の輪帯が形成されている。また、HiS、HiLはそれぞれ、各輪帯の始点高さ及び終点高さを表す。Mi１dは、第１輪帯（i＝１）に対する各輪帯の光軸方向の変移量を表し、その符号は、第１輪帯に対してレーザ光源側に変移する場合を「−」とし、第１輪帯に対して光ディスク側に変移する場合を「＋」とするものとする。ｋi１は、第１光束波長λ１において、第１輪帯を通過した波面の位相に対して第i輪帯を通過した波面の位相が何λ異なるかを表し、ｋi２は、第２光束波長λ２において、第１輪帯を通過した波面の位相に対して第i輪帯を通過した波面の位相が何λ異なるかを表し、その符号は第１輪帯を通過する波面に対して位相が遅れている場合を「−」とし、第１輪帯を通過する波面に対して位相が進んでいる場合を「＋」とするものとする。
図７は本実施例において、環境温度が３０℃上昇したときの波面収差を示す。図７には、異次回折構造のみのときの波面収差、光路差付与構造のみのときの波面収差、及び異次回折構造と光路差付与構造の両方の構造があるときの波面収差を示す。図７より、光路差付与構造を付与することにより、異次回折構造の球面収差特性が良好に相殺されていることがわかる。
本実施例の対物光学系において、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が１ｎｍのとき０．０３２λＲＭＳ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分かる。
また、第１光束の波長λ１が５ｎｍ増加し、第２光束の波長λ２が２０ｎｍ増加した場合の、各波長に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ−０．０３１λＲＭＳ、−０．０６８λＲＭＳとなった。さらに、環境温度が３０℃上昇したときの、第１光束及び第２光束に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ０．０４３λＲＭＳ、−０．０２７λＲＭＳとなった。
以上より、本実施例の対物光学系は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤのそれぞれに対して良好な性能を有していることが分かる。
表４は実施例４における対物光学系のレンズデータである。
収差補正素子の入射面（第１面）は、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜１．２０ｍｍの範囲内の第１領域ＡＲＥＡ１と、１．２０≦ｈの範囲内の第２領域ＡＲＥＡ２に分割された非球面形状となっており、第１領域ＡＲＥＡ１及び第２領域ＡＲＥＡ２には第１位相構造としての異次回折構造が形成されている。
収差補正素子の射出面（第２面）は、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜１．２０ｍｍの範囲内の第３領域ＡＲＥＡ３と、１．２０≦ｈの範囲内の第４領域ＡＲＥＡ４に分割された非球面形状となっており、第３領域ＡＲＥＡ３及び第４領域ＡＲＥＡ４には第２位相構造としての異次回折構造が形成されている。
また、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）は共に位相構造が形成されていない非球面形状となっている。
収差補正素子の入射面（第１面）及び射出面（第２面）、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）の非球面は、それぞれ上記数１式に表４に示す係数を代入した数式で規定され、光軸に対して軸対称となっている。
また、第１位相構造及び第２位相構造は、この構造により透過波面に付加される光路差で表され、この光路差は上記数２式に表４に示す係数を代入して定義される光路差関数φb（mm）で表される。
また、収差補正素子の第１光束に対する近軸パワーＰ１（ｍｍ-1）と集光素子の第１光束に対する近軸パワーＰ２（ｍｍ-1）の比Ｐ１／Ｐ２は０．００となっている。
また、第１領域ＡＲＥＡ１の異次回折構造は、波長λ１に対しては＋２次回折光の回折効率、波長λ２に対しては＋１次回折光の回折効率がそれぞれ最大となるようにその段差の深さが設定されており、第３領域ＡＲＥＡ３の異次回折構造は、波長λ１に対しては＋５次回折光の回折効率、波長λ２に対しては＋３次回折光の回折効率がそれぞれ最大となるようにその段差の深さが設定されている。また、第２領域ＡＲＥＡ２は波長λ１に対して＋２次回折光の回折効率、第4領域ＡＲＥＡ４は波長λ１に対して＋５次回折光の回折効率が最大となるように段差の深さが設定されている。
本実施例の対物光学系において、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が１ｎｍのとき０．０８４λＲＭＳ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分かる。
また、第１光束の波長λ１が５ｎｍ増加し、第２光束の波長λ２が２０ｎｍ増加した場合の、各波長に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ−０．０４６λＲＭＳ、０．０２１λＲＭＳとなった。さらに、環境温度が３０℃上昇したときの、第１光束及び第2光束に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ０．０４９λＲＭＳ、０．０１０λＲＭＳとなった。
以上より、本実施例の対物光学系は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤのそれぞれに対して良好な性能を有していることが分かる。
表５は実施例５における対物光学系のレンズデータである。
収差補正素子の入射面（第１面）は、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜１．１９２ｍｍの範囲内の第１領域ＡＲＥＡ１と、１．１９２≦ｈの範囲内の第２領域ＡＲＥＡ２に分割された非球面形状となっており、第１領域ＡＲＥＡ１及び第２領域ＡＲＥＡ２には第１位相構造としての異次回折構造が形成されている。
収差補正素子の射出面（第２面）は、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜１．１９２ｍｍの範囲内の第３領域ＡＲＥＡ３と、１．１９２≦ｈの範囲内の第４領域ＡＲＥＡ４に分割された非球面形状となっており、第３領域ＡＲＥＡ３及び第４領域ＡＲＥＡ４には第２位相構造としての異次回折構造が形成されている。
また、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）は共に位相構造が形成されていない非球面形状となっている。
収差補正素子の入射面（第１面）及び射出面（第２面）、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）の非球面は、それぞれ上記数１式に表５に示す係数を代入した数式で規定され、光軸に対して軸対称となっている。
また、第１位相構造及び第２位相構造は、この構造により透過波面に付加される光路差で表され、この光路差は上記数２式に表５に示す係数を代入して定義される光路差関数φb（mm）で表される。
また、収差補正素子の第１光束に対する近軸パワーＰ１（ｍｍ-1）と集光素子の第１光束に対する近軸パワーＰ２（ｍｍ-1）の比Ｐ１／Ｐ２は０．０７となっている。
また、第１領域ＡＲＥＡ１の異次回折構造は、波長λ１に対しては＋２次回折光の回折効率、波長λ２に対しては＋１次回折光の回折効率がそれぞれ最大となるようにその段差の深さが設定されており、第３領域ＡＲＥＡ３の異次回折構造は、波長λ１に対しては＋５次回折光の回折効率、波長λ２に対しては＋３次回折光の回折効率がそれぞれ最大となるようにその段差の深さが設定されている。また、第２領域ＡＲＥＡ２は波長λ１に対して＋２次回折光の回折効率、第4領域ＡＲＥＡ４は波長λ１に対して＋２次回折光の回折効率が最大となるように段差の深さが設定されている。
本実施例の対物光学系において、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が１ｎｍのとき０．０３５λＲＭＳ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分かる。
また、第１光束の波長λ１が５ｎｍ増加し、第２光束の波長λ２が２０ｎｍ増加した場合の、各波長に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ−０．０２８λＲＭＳ、−０．０３６λＲＭＳとなった。さらに、環境温度が３０℃上昇したときの、第１光束及び第2光束に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ０．０２９λＲＭＳ、−０．０２３λＲＭＳとなった。
以上より、本実施例の対物光学系は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤのそれぞれに対して良好な性能を有していることが分かる。
表６は実施例６における対物光学系のレンズデータである。
収差補正素子の入射面（第１面）は、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜１．２０ｍｍの範囲内の第１領域ＡＲＥＡ１と、１．２０≦ｈの範囲内の第２領域ＡＲＥＡ２に分割された非球面形状となっており、第１領域ＡＲＥＡ１及び第２領域ＡＲＥＡ２には第１位相構造としての異次回折構造が形成されている。
収差補正素子の射出面（第２面）は、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜０．９３ｍｍの範囲内の第３領域ＡＲＥＡ３と、０．９３≦ｈの範囲内の第４領域ＡＲＥＡ４に分割された非球面形状となっており、第３領域ＡＲＥＡ３及び第４領域ＡＲＥＡ４には第２位相構造としての異次回折構造が形成されている。
また、集光素子の入射面（第３面）は位相構造が形成されていない非球面形状であり、射出面（第４面）は位相構造が形成されていない光軸に対して垂直な平面形状となっている。
収差補正素子の入射面（第１面）及び射出面（第２面）、集光素子の入射面（第３面）は、それぞれ上記数１式に表６に示す係数を代入した数式で規定され、光軸に対して軸対称となっている。
また、第１位相構造及び第２位相構造は、この構造により透過波面に付加される光路差で表され、この光路差は上記数２式に表６に示す係数を代入して定義される光路差関数φｂ（mm）で表される。
また、収差補正素子の第１光束に対する近軸パワーＰ１（ｍｍ-1）と集光素子の第１光束に対する近軸パワーＰ２（ｍｍ-1）の比Ｐ１／Ｐ２は０．２７となっている。
また、第１領域ＡＲＥＡ１の異次回折構造は、波長λ１に対しては＋２次回折光の回折効率、波長λ２に対しては＋１次回折光の回折効率がそれぞれ最大となるようにその段差の深さが設定されており、第３領域ＡＲＥＡ３の異次回折構造は、波長λ１に対しては＋５次回折光の回折効率、波長λ２に対しては＋３次回折光の回折効率がそれぞれ最大となるようにその段差の深さが設定されている。また、第２領域ＡＲＥＡ２は波長λ１に対して＋２次回折光の回折効率、第4領域ＡＲＥＡ４は波長λ１に対して＋５次回折光の回折効率が最大となるように段差の深さが設定されている。
本実施例の対物光学系において、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が１ｎｍのとき０．０１１λＲＭＳ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分かる。
また、第１光束の波長λ１が５ｎｍ増加し、第２光束の波長λ２が２０ｎｍ増加した場合の、各波長に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ−０．０２５λＲＭＳ、０．０１４λＲＭＳとなった。さらに、環境温度が３０℃上昇したときの、第１光束及び第2光束に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ−０．０２６λＲＭＳ、−０．００７λＲＭＳとなった。
以上より、本実施例の対物光学系は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤのそれぞれに対して良好な性能を有していることが分かる。
表７は実施例７における対物光学系のレンズデータである。
収差補正素子の入射面（第１面）は、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜１．３３ｍｍの範囲内の第１領域ＡＲＥＡ１と、１．３３≦ｈの範囲内の第２領域ＡＲＥＡ２とに分割された非球面形状となっており、第１領域ＡＲＥＡ１及び第２領域ＡＲＥＡ２には第１位相構造としての異次回折構造が形成されている。
収差補正素子の射出面（第２面）には、非球面形状に段差が付加された第２位相構造としての光路差付与構造が形成されている。
また、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）は共に位相構造が形成されていない非球面形状となっている。
収差補正素子の入射面（第１面）及び射出面（第２面）、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）の非球面は、それぞれ上記数１式に表７に示す係数を代入した数式で規定され、光軸に対して軸対称となっている。
また、第１位相構造は、この構造により透過波面に付加される光路差で表され、この光路差は上記数２式に表７で示す係数を代入して定義される光路差関数φb（ｍｍ）で表される。
また、収差補正素子の第１光束に対する近軸パワーＰ１（ｍｍ-1）と集光素子の第１光束に対する近軸パワーＰ２（ｍｍ-1）の比Ｐ１／Ｐ２は０．００となっている。
また、第１領域ＡＲＥＡ１の異次回折構造は、第１光束波長λ１に対しては+２次回折光の回折効率、第２光束波長λ２に対しては+１次回折光の回折効率がそれぞれ最大となるような段差の深さに設定されている。また、第２領域ＡＲＥＡ２は波長λ１に対して＋２次回折光の回折効率が最大となるように段差の深さが設定されている。
また、第２面に付加されている第２位相構造としての光路差付与構造は、各段差は波長λ１及びλ２に対して上記数３式を満たすように設定されており、実質的に位相差を与えない深さになっている。本実施例では１２本の輪帯が形成されている。
本実施例の対物光学系において、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が１ｎｍのとき０．０１５λＲＭＳ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分かる。
また、第１光束の波長λ１が５ｎｍ増加し、第２光束の波長λ２が２０ｎｍ増加した場合の、各波長に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ−０．０３５λＲＭＳ、−０．０６３λＲＭＳとなった。さらに、環境温度が３０℃上昇したときの、第１光束及び第２光束に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ０．０８１λＲＭＳ、−０．０１５λＲＭＳとなった。
以上より、本実施例の対物光学系は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤのそれぞれに対して良好な性能を有していることが分かる。
表８は実施例８における対物光学系のレンズデータである。
収差補正素子の入射面（第１面）は、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜１．３５ｍｍの範囲内の第１領域ＡＲＥＡ１と、１．３５≦ｈの範囲内の第２領域ＡＲＥＡ２とに分割された非球面形状となっており、第１領域ＡＲＥＡ１及び第２領域ＡＲＥＡ２には第１位相構造としての異次回折構造が形成されている。
収差補正素子の射出面（第２面）には、光軸からの高さｈが０．００ｍｍ≦ｈ＜１．０５ｍｍの範囲内の第３領域ＡＲＥＡ３と、１．０５≦ｈの範囲内の第４領域ＡＲＥＡ４とに分割された非球面形状となっており、第３領域ＡＲＥＡ３には第２位相構造としての光路差付与構造が形成されており、非球面形状に段差が付加されている。
また、集光素子の入射面（第３面）は位相構造が形成されていない非球面形状であり、射出面（第４面）は位相構造が形成されていない光軸に対して垂直な平面形状となっている。
収差補正素子の入射面（第１面）及び射出面（第２面）、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）の非球面は、それぞれ上記数１式に表８に示す係数を代入した数式で規定され、光軸に対して軸対称となっている。
また、第１位相構造は、この構造により透過波面に付加される光路差で表され、この光路差は上記数２式に表８で示す係数を代入して定義される光路差関数φb（ｍｍ）で表される。
また、収差補正素子の第１光束に対する近軸パワーＰ１（ｍｍ-1）と集光素子の第１光束に対する近軸パワーＰ２（ｍｍ-1）の比Ｐ１／Ｐ２は０．２８となっている。
また、第１領域ＡＲＥＡ１の異次回折構造は、第１光束波長λ１に対しては+２次回折光の回折効率、第２光束波長λ２に対しては+１次回折光の回折効率がそれぞれ最大となるような段差の深さに設定されている。また、第２領域ＡＲＥＡ２は波長λ１に対して＋２次回折光の回折効率が最大となるように段差の深さが設定されている。
また、第２面に付加されている第２位相構造としての光路差付与構造は、各段差は波長λ１及びλ２に対して上記数３式を満たすように設定されており、実質的に位相差を与えない深さになっている。本実施例では７本の輪帯が形成されている。
本実施例の対物光学系において、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が１ｎｍのとき０．０５６λＲＭＳ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分かる。
また、第１光束の波長λ１が５ｎｍ増加し、第２光束の波長λ２が２０ｎｍ増加した場合の、各波長に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ−０．０３０λＲＭＳ、０．０３１λＲＭＳとなった。さらに、環境温度が３０℃上昇したときの、第１光束及び第２光束に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ０．０２９λＲＭＳ、０．０１２λＲＭＳとなった。
以上より、本実施例の対物光学系は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤのそれぞれに対して良好な性能を有していることが分かる。
表９は実施例９における対物光学系のレンズデータである。
収差補正素子の入射面（第１面）は光軸に対して垂直な平面形状となっており、第１位相構造としての波長選択型回折構造が形成されている。
収差補正素子の射出面（第２面）は光軸に対して垂直な平面形状に段差が付加された第２位相構造としての光路差付与構造が形成されている。
また、集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）は共に位相構造が形成されていない非球面形状となっている。
集光素子の入射面（第３面）及び射出面（第４面）の非球面は、それぞれ上記数１式に表９に示す係数を代入した数式で規定され、光軸に対して軸対称となっている。
また、第１位相構造は、この構造により透過波面に付加される光路差で表され、この光路差は上記数２式に表９で示す係数を代入して定義される光路差関数φb（ｍｍ）で表される。
また、収差補正素子の第１光束に対する近軸パワーＰ１（ｍｍ-1）と集光素子の第１光束に対する近軸パワーＰ２（ｍｍ-1）の比Ｐ１／Ｐ２は０．００となっている。
また、第２面に付加されている第２位相構造としての光路差付与構造は、各段差は波長λ１及びλ２に対して上記数３式を満たすように設定されており、実質的に位相差を与えない深さになっている。本実施例では４本の輪帯が形成されている。
本実施例の対物光学系において、第１光束の波長λ１が５ｎｍ増加し、第２光束の波長λ２が２０ｎｍ増加した場合の、各波長に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ０．０１４λＲＭＳ、−０．０１３λＲＭＳとなった。さらに、環境温度が３０℃上昇したときの、第１光束及び第２光束に対する波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）はそれぞれ０．００５λＲＭＳ、−０．００４λＲＭＳとなった。
以上より、本実施例の対物光学系は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤのそれぞれに対して良好な性能を有していることが分かる

Claims (16)

  1. 第１光源から射出される波長λ１の第１光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行い、第２光源から射出される波長λ２（λ２＞λ１）の第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記対物光学系は、第１位相構造と第２位相構造の少なくとも２つの位相構造を有する収差補正素子と、該収差補正素子から射出された前記第１光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、該収差補正素子から射出された前記第２光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有する集光素子の少なくとも２つの光学素子から構成され、
    前記第２位相構造は前記第１光束の波長変化に伴う前記対物光学系の集光特性の変化及び／または環境温度変化に伴う前記対物光学系の集光特性の変化を抑制する機能を有する。
  2. 請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記収差補正素子の前記第１光束に対する近軸パワーをＰ１（ｍｍ-1）、前記集光素子の前記第１光束に対する近軸パワーをＰ２（ｍｍ-1）としたとき、以下の（１）式を満たす。
    −０．０５≦Ｐ１／Ｐ２≦０．３０ （１）
  3. 請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記第１光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う際の前記対物光学系の倍率をｍ１、前記第２光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う際の前記対物光学系の倍率をｍ２としたとき、以下の（２）式を満たす。
    ０≦｜｜ｍ１｜−｜ｍ２｜｜≦０．０５ （２）
  4. 請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記第1位相構造は前記ｔ１と前記ｔ２の差により生じる球面収差を補正する。
  5. 請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記第１位相構造は該第１位相構造に入射する前記第１光束と前記第２光束の波長差により生じる球面収差を補正する。
  6. 請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記第１位相構造及び前記第２位相構造は、同心円状の複数の輪帯が配列されると共に前記各輪帯が不連続な光軸方向の段差により階段状に分割されており、前記第１光束には実質的に位相差を与えず、前記第２光束には実質的に位相差を与える波長選択型回折構造と、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成される光路差付与構造と、同心円状の複数の輪帯が配列された構造であって、前記第１光束が入射した際に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１、前記第２光束が入射した際に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２を満たす異次回折構造のうちのいずれかである。
  7. 請求の範囲第４項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記収差補正素子はプラスチックレンズであり、前記集光素子はガラスレンズであって、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（３）式を満たす。
    −０．０５≦Ｐ１／Ｐ２≦０．０５ （３）
  8. 請求の範囲第７項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記集光素子は、前記第１光束の波長λ１における屈折率が１．６以上である。
  9. 請求の範囲第４項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記収差補正素子及び前記集光素子はともにプラスチックレンズであって、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（４）式を満たす。
    ０．０３≦Ｐ１／Ｐ２≦０．３０ （４）
  10. 請求の範囲第９項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記第１位相構造が前記異次回折構造で、前記第２位相構造が前記光路差付与構造であるとき、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（５）式を満たす。
    ０．０８≦Ｐ１／Ｐ２≦０．１０ （５）
  11. 請求の範囲第９項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記第１位相構造が前記異次回折構造で、前記第２位相構造が前記異次回折構造であるとき、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（６）式を満たす。
    ０．０７≦Ｐ１／Ｐ２≦０．１０ （６）
  12. 請求の範囲第９項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記第１位相構造が前記波長選択型回折構造で、前記第２位相構造が前記光路差付与構造であるとき、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（７）式を満たす。
    ０．０７≦Ｐ１／Ｐ２≦０．１０ （７）
  13. 請求の範囲第９項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記第１位相構造が前記波長選択型回折構造で、前記第２位相構造が前記異次回折構造であるとき、前記Ｐ１と前記Ｐ２とが以下の（８）式を満たす。
    ０．０８≦Ｐ１／Ｐ２≦０．１０ （８）
  14. 請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、
    前記収差補正素子と前記集光素子とが一体化されている。
  15. 請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系を搭載している光ピックアップ装置。
  16. 請求の範囲第１５項に記載の光ピックアップ装置を搭載している光情報記録再生装置。
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