JPWO2008044475A1 - 対物光学素子ユニット及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

良好な温度特性を有し、異なる光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を適切に行いながらも、製造容易で低コストの光ピックアップ装置用の対物光学素子ユニット及び光ピックアップ装置を提供するために、第１の光学素子と第２の光学素子とをプラスチックから形成することでコストを低減し、又、第１〜第３位相構造を設けることで、温度変化及び保護基板の厚さの差に起因する集光スポットの収差劣化を抑え、異なる光情報記録媒体の情報記録面上に最適な集光スポットを形成する。

Description

本発明は、異なる種類の光ディスクに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置に用いる対物光学素子ユニット及びそれを用いた光ピックアップ装置に関する。

近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報の記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり１５〜２５ＧＢの情報の記録が可能である。以下、本明細書では、このような光ディスクを「高密度光ディスク」と呼ぶ。

ところで、かかるタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤやレコーダ（光情報記録再生装置）といった製品としての価値は十分なものとはいえない。現在、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている状況をふまえると、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やレコーダなどの商品価値を高めることに通じる。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やレコーダなど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／再生できる機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／再生を可能とする方法として、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを情報を記録／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ことが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に有利となる。

特許文献１には、ＨＤ ＤＶＤとＤＶＤ、さらにはＣＤとの何れに対しても互換性をもつ対物光学素子、及びこの対物光学素子を搭載した光ピックアップ装置が記載されている。
特開２００６−９２７２０号公報

然るに、特許文献１に開示された対物光学素子は、ＨＤ ＤＶＤとＤＶＤ、さらにはＣＤとの何れに対しても情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置に用いられるものである。ＨＤ ＤＶＤはＤＶＤに対して保護基板厚や開口数が等しいために、対物光学素子の共通化は、ＢＤとＤＶＤ、さらにはＣＤとの何れに対しても情報の記録／再生を実現する場合よりも難易度は低いと言える。又、特許文献１においては、光ディスク側の光学素子（集光光学素子）に回折構造を設けているが、曲率の大きい光学面に回折構造を設けると、それを形成するための金型の製造が困難となり、また光線のケラレ等により光透過率が低下し易いという問題がある。これに対し、集光光学素子をガラスレンズとすることにより、プラスチックレンズとした場合に必要となる温度変化に起因した集光スポットの収差劣化を補正する回折構造を省略できるが、その代わりに製造コストが増大するという問題がある。しかも集光光学素子にガラスレンズを用いた場合には、対物光学素子ユニットの重量が増大し、光ピックアップ装置の高倍速化に不利となるという問題もある。

以上のようなことから、高密度光ディスクとＤＶＤ、そしてＣＤといった規格種類が異なる少なくとも３種類の光ディスクに対して高性能な互換を実現するためには、例えば、高密度光ディスクに対してＮＡ０．８以上の大きな開口数を備える対物光学素子ユニットであることが要求される上に、それら異なる３種類の光ディスクの保護基板厚の差に起因して発生する球面収差の劣化などを抑制するために必要とされる位相構造などの構造或いは更に温度特性を補償する構造などを持たせながら、それぞれの光ディスクに使用される所定波長の光束に対して光透過率が低下することを抑制し、しかも製造の難易度及び製造コストの増大を抑えることが重要な課題であることを見出した。

本発明は、上述の問題を考慮したものであり、良好な温度特性を有し、それぞれに使用する光源の波長及び保護基板厚が異なる少なくとも３種類の光ディスクに対して情報の記録／再生を適切に行いながらも、製造容易で且つ製造コストも抑えることができる対物光学素子ユニット及び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、請求の範囲第１項に記載の対物光学素子ユニットは、波長λ１の光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の光束を出射する第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の光束を出射する第３光源と、対物光学素子ユニットを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第１光源からの光束を、厚さｔ１の保護基板を介して第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、また前記第２光源からの光束を、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板を介して第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第３光源からの光束を、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を介して第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置の対物光学素子ユニットであって、
それぞれプラスチックを素材とする単一の第１の光学素子と第２の光学素子とを有し、
前記第１の光学素子は、前記波長λ１の光束に対して温度変化に起因する集光スポットの収差劣化を抑制する第１位相構造と、保護基板の厚さｔ１，ｔ２の差に起因して生じる球面収差劣化を抑制する第２位相構造と、保護基板の厚さｔ１，ｔ３の差に起因して生じる球面収差劣化を抑制する第３位相構造とを有することを特徴とする。

尚、第２位相構造は、少なくとも保護基板の厚さｔ１，ｔ２の差に起因して生じる球面収差劣化抑制する機能を有することが好ましいが、保護基板の厚さｔ１，ｔ２の差に起因して生じる球面収差劣化抑制及び波長λ１，λ２の差に基づく球面収差劣化を抑制する機能を有することがより好ましい。

また、第１位相構造は、温度が２５℃より３０℃上昇した際に波長λ１の光束に対して第１光情報記録媒体の情報記録面上での波面収差の変化量を０．１λ１ｒｍｓ以下に抑制する構造であることが好ましい。

また、第１の光学素子が光源側に配置され、第２の光学素子が光情報記録媒体側に配置される対物光学素子ユニットであることが好ましい。

本発明によれば、第１の光学素子と第２の光学素子とをプラスチックから形成することで第２の光学素子をガラスレンズとするときよりもコストが低減できる。又、第１の光学素子と第２の光学素子を用いることで単一の光学素子を用いるときよりも設計の自由度が増える。さらに、第１の光学素子に前記第１〜第３位相構造を設けることで、温度変化に起因した集光スポットの収差劣化を抑えた状態で、異なる３種類の光情報記録媒体の情報記録面上に良好な集光スポット或いは最適な集光スポットを形成することができる。

第１乃至第３の各位相構造は図６〜１１に概略的に示すように様々な断面形状をとり得る。図６は鋸歯状である場合であり、図７は全ての段差が同じ方向とされた階段状である場合である。本明細書では、入射光束のうち少なくとも１つの波長の光束に対して所定の位相差を付与することにより、この光束に対して特定の作用を与える構造を「位相構造（又は位相差付与構造）」とし、例えば、図６や図７のように、光軸を含む平面でその断面をみた場合に鋸歯状あるいは光軸方向に沿った階段状となった構造などを指す。また、図８は段差の方向が途中で反対となる階段状である場合、つまり光軸を含む断面形状が、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が長くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が短くなる階段構造（位相差付与構造）、或いは、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が短くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造（位相差付与構造）である場合を示している。

また、図９は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面の個数毎（図９に示す例ではレベル面の個数は５）に、それぞれのレベル面に対応した段数分（図９に示す例では４段）の高さだけ段をシフトさせた場合を示している。本明細書では、段をシフトさせたことにより形成された構造を、階段、階段状、又は階段構造ともいい、段をシフトさせたシフト量を段差ともいう。尚、１つのパターン中の各レベル面の幅は、同じであっても異なっていても良い。

図６では各鋸歯の向きが同一である場合を示し、図９では断面形状が階段状とされた各パターンの向きが同一である場合を示したが、図１０や図１１のように、位相反転部ＰＲを有し、位相反転部ＰＲよりも光軸に近い側にある鋸歯と位相反転部ＰＲよりも光軸から遠い側にある鋸歯とで鋸歯の向きが反対の鋸歯や、位相反転部ＰＲよりも光軸に近い側にあるパターンと位相反転部ＰＲよりも光軸から遠い側にあるパターンとで段の向きが反対のパターンを含む構造であってもよい。なお、図６乃至１１は、各構造を平面上に形成した場合を示した場合であるが、各構造は球面上或いは非球面上に形成しても良い。また、図９や図１１では、所定のレベル面の個数を５としているが、これに限られるものではない。

請求の範囲第２項に記載の対物光学素子ユニットは、波長λ１の光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の光束を出射する第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の光束を出射する第３光源と、対物光学素子ユニットを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第１光源からの光束を、厚さｔ１の保護基板を介して第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、また前記第２光源からの光束を、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板を介して第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第３光源からの光束を、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を介して第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置の対物光学素子ユニットであって、
それぞれプラスチックを素材とする単一の第１の光学素子と第２の光学素子とを有し、
前記第１の光学素子は、温度が２５℃より３０℃上昇した際に前記波長λ１の光束に対して前記第１光情報記録媒体の情報記録面上での波面収差の変化量を０．１λ１ｒｍｓ以下に抑制する第１位相構造と、保護基板の厚さｔ１，ｔ２の差に起因して生じる球面収差劣化を抑制する第２位相構造と、保護基板の厚さｔ１，ｔ３の差に起因して生じる球面収差劣化を抑制する第３位相構造とを有することを特徴とする。

本発明によれば、第１の光学素子と第２の光学素子とをプラスチックから形成することでコストを低減している。又、前記第１〜第３位相構造を設けることで、温度変化に起因した集光スポットの収差劣化を抑えた状態で、異なる３種類の光情報記録媒体の情報記録面上に良好な集光スポット或いは最適な集光スポットを形成することができる。

請求の範囲第３項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１項に記載の発明において、前記第１位相構造と、前記第２位相構造と、前記第３位相構造とのうち少なくとも２つは、一つの光学面に重畳されていることを特徴とする。「重畳」とは、文字通り重ね合わせるという意味である。本明細書において、第１位相構造と第２位相構造がそれぞれ他の光学面に設けられている場合や、第１位相構造と第２位相構造とが同一の光学面にあったとしても、それぞれ異なる領域に設けられており、重なる領域が一切ない場合は、本明細書における重畳ではない。また、少なくとも２つの位相構造が重畳していればよく、更に他の位相構造を重畳してもよい。例えば、第１位相構造、第２位相構造に加えて、第３位相構造を更に重畳させてもよい。

なお、第１位相構造、第２位相構造などの位相構造は、光軸方向から見た場合、光軸を中心とした同心円状の構造となっていることが好ましい。

また、第１位相構造、第２位相構造は、ブレーズ型形状が周期的に繰り返されている構造であることが好ましい。ここで、ブレーズ型形状とは、図１（ａ）、（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、光学素子の光軸を含む断面形状が鋸歯状の形状となっていることであり、別の言い方としては、ベース面位相構造が、ベース面（例えば図１、２に示すＢ）に対して直角でも平行でもない斜めの面Ｃと、斜めの面Ｃとベース面Ｂとに交差する段差Ｄとを有するということである。尚、ベース面とは、第１の光学素子が、平板型の場合は平板面をいい、レンズの場合は位相構造の包絡面をいう。又、「ブレーズ型形状が周期的に繰り返されている」とは、同一のブレーズ型形状が同一の周期で繰り返されている形状は当然含む。さらに、周期の一単位となるブレーズ型形状が、規則性を持って、周期が徐々に長くなったり、徐々に短くなったりする形状も、「ブレーズ型形状が周期的に繰り返されている」ものに含まれているとする。

位相構造がブレーズ型形状を有する場合、単位形状である三角形（斜めの面が曲面である場合を含む）が繰り返された形状となる。同一の三角形が繰り返されてもよいし、光軸から離れるにつれて徐々に三角形の大きさが大きくなっていく形状、又は、小さくなっていく形状であってもよい。但し、三角形の大きさが徐々に変化する場合であっても、三角形において、光軸方向（又は通過する光線の方向）の長さはほとんど変化しないことが好ましい。なお、ブレーズ型形状において、一つの三角形の光軸方向の長さ（三角形を通過する光線の方向の長さとしてもよい）を、ピッチ深さといい、一つの三角形のベース面に沿った方向の長さをピッチ幅という。

また、第１位相構造、第２位相構造を重畳させてなる重畳構造の形状において、第１位相構造、第２位相構造のブレーズ型形状の名残が残っていてもよい。別の言い方をすると、第１位相構造、第２位相構造を重畳させてなる重畳構造が、光学素子の重畳構造が設けられているベース面に対して直角でもなく平行でもない、斜めの面を有していてもよい。

また、第１位相構造、第２位相構造の中で、より大きなピッチ幅（もしくは周期の幅）を有するブレーズ型形状の位相構造（図１、２（ａ）参照）と、それに比して小さなピッチ幅（もしくは周期の幅）を有するブレーズ型形状の位相構造（図１、２（ｂ）参照）の少なくとも二つの位相構造について、当該二つの位相構造を重畳させる際に、大きなピッチ幅（もしくは周期幅）を有する位相構造（即ち第１位相構造）の段差（図１でベース面Ｂに対してほぼ直角な面Ｄ）の位置の少なくとも一つが、小さなピッチ幅（もしくは周期幅）を有する位相構造（即ち第２位相構造）の段差Ｄの位置と一致しても、しなくてもよい。第１位相構造の全ての段差Ｄの位置が、第２位相構造の段差Ｄの位置と一致するように重畳された光路差付与構造の例を図１（ｃ）に示す。なお、第１位相構造のブレーズ型形状の三角形と第２位相構造のブレーズ型形状の三角形が、互いに相似形である場合は、図１（ｃ）の左側の構造や、図７に示す構造のように、ベース面に対し平行な面を有し、ベース面に対して斜めの面を有さない。一方で、第１位相構造のブレーズ型形状の三角形と第２位相構造のブレーズ型形状の三角形が、互いに相似形でない場合、即ち非相似である場合は、第１位相構造の全ての段差Ｄの位置が、第２位相構造の段差Ｄの位置と一致するように重畳したとしても、図１（ｃ）の右側の構造に示されるように、ベース面に対して斜めの面を残すこと、即ち、ブレーズ型形状の名残を残すことが可能となる。これに対し、第１位相構造の段差Ｄの位置と少なくとも一つの第２位相構造の段差Ｄの位置が一致しないようにすることにより、更に好ましくは第１位相構造（図２（ａ））の周期が、第２位相構造（図２（ｂ））の周期の整数倍に一致しないように、互いの段差Ｄの位置をずらすことにより、図２（ｃ）に示すようなブレーズ型形状の名残を残すことが可能となる。

請求の範囲第４項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第３項に記載の発明において、前記第１位相構造と前記第２位相構造とは、前記第１の光学素子の光源側の光学面に重畳されていることを特徴とする。

請求の範囲第５項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の発明において、前記第３の光情報記録媒体に対するワーキングディスタンスＷＤ３は、以下の（１）式を満足し、更に前記波長λ１の光束に対する前記第１の光学素子の近軸パワーをｐ１とし、前記波長λ１の光束に対する前記第２の光学素子の近軸パワーをｐ２としたときに、以下の（２）式を満足することを特徴とする。

０．２０（ｍｍ）≦ＷＤ３≦０．５０（ｍｍ） （１）
０＜ｐ１／ｐ２≦０．３０ （２）
ｐ１／ｐ２が（２）式の下限を上回るように、前記第１の光学素子にパワーを持たせると、温度変化に起因して生じる球面収差劣化を抑制しやすいというメリットがある。一方、前記第１の光学素子にパワーを持たせすぎると、前記第３光情報記録媒体に対するワーキングディスタンスＷＤ３が短くなる恐れがある。そこで、ｐ１／ｐ２を（２）式の上限以下とすることで、（１）式に示すような範囲内でワーキングディスタンスＷＤ３を設定できる。

尚、以下の（２’）式を満たすとより好ましい。

０．０３＜ｐ１／ｐ２≦０．３０ （２’）
請求の範囲第６項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の発明において、前記波長λ１の光束に対する前記第１の光学素子の近軸パワーをｐ１とし、前記波長λ１の光束に対する前記第２の光学素子の近軸パワーをｐ２としたときに、以下の（３）式を満足することを特徴とする。

ｐ１／ｐ２＝０ （３）
（３）式に示すように、前記第１の光学素子にパワーを持たせない（例えば平行平板とした）場合、前記第１の光学素子を傾けた状態で設置したほうが好ましい。

請求の範囲第７項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の発明において、前記第２の光学素子の光学面は屈折面のみからなることを特徴とするので、前記第２の光学素子の光学面に位相構造を設けた場合と比較し、設計が容易であり、対物光学素子ユニットのコストを低減できると共に、光の利用効率を高めることができる。

請求の範囲第８項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の発明において、前記第１位相構造の光軸を含む断面形状は、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が長くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が短くなる位相差付与構造、或いは、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が短くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が長くなる位相差付与構造であることを特徴とする。

請求の範囲第８項のように決定された第１位相構造の輪帯構造による温度収差の補正の原理を説明する。図３中の線（Ａ）は、非球面である２つの光学面を有する単レンズの、設計基準温度から温度が上昇した場合の波面の様子を表すものであり、横軸が光学面の有効半径を表し、縦軸が光路差を表す。単レンズは、温度上昇に伴う屈折率変化の影響で球面収差が発生し、線（Ａ）のように波面が変化する。特に単レンズが樹脂製の場合、温度変化に伴う屈折率変化が大きいため、球面収差の発生量は大きくなる。

また、線（Ｂ）は、請求の範囲第８項のように決定された輪帯構造により透過波面に付加される光路差であり、線（Ｃ）は、設計基準温度から温度が上昇した場合の、かかる輪帯構造と単レンズとを透過した波面の様子を表す図である。線（Ｂ）及び線（Ｃ）から、かかる輪帯構造を透過した波面と、設計基準温度から温度が上昇した場合の単レンズの波面とが打ち消しあうことで、光ディスクの情報記録面上に集光されたレーザ光の波面は、巨視的にみると光路差のない良好な波面となり、かかる輪帯構造により単レンズの温度収差が補正されることが理解できる。

請求の範囲第９項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第８項に記載の発明において、前記第１位相構造の前記所定の高さの位置での位相と同位相となる領域が、前記第１光束の有効光束径の７０％の位置を含むことを特徴とする。

温度変化に伴う波面の変化は、有効光束径の７０％付近で最大となるので、請求の範囲第３項のように位相構造の折り返し地点である輪帯、即ち所定の高さの位置での位相（光路差）と同位相を持つ領域が有効光束径の７０％の位置を含むように設定すると、温度特性改善の効果を最も期待できる。

請求の範囲第１０項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１項〜第９項のいずれかに記載の発明において、前記第１位相構造は、前記波長λ１の光束が入射したときに、ｘ次の出射光の光強度を他のいかなる次数の出射光の光強度よりも大きくし、前記波長λ２の光束が入射したときに、ｙ次の出射光の光強度を他のいかなる次数の出射光の光強度よりも大きくする位相構造であり、下記の式（４）を満たすことを特徴とする。
０．９・（ｘ・λ１）／（ｎ１−１） ≦（ｙ・λ２）／（ｎ２−１）≦ １．２・（ｘ・λ１）／（ｎ１−１） （４）
但し、ｘは０以外の整数を指し、ｙは０以外の整数を指し、ｎ１は前記第１の光学素子の前記波長λ１における屈折率を指し、ｎ２は前記第１の光学素子の前記波長λ２における屈折率を指す。

請求の範囲第１０項に記載の発明によれば、式（４）をみたすことで、前記第１の光学素子は前記波長λ１と前記波長λ２に対して高い透過率を確保できるため、第１光情報記録媒体と第２光情報記録媒体への記録／再生速度の高速化が可能となる。

請求の範囲第１１項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１項〜第１０項のいずれかに記載の発明において、前記第２位相構造は、前記第１光束及び前記第３光束を回折せず、前記第２光束を回折する回折構造であることを特徴とする。

前記第２位相構造を第２光束のみを選択的に回折する回折構造とすることで、第２光束に対する収差を独立に制御することが可能となり、第１情報記録媒体と第２情報記録媒体の両方に対して良好な集光特性が得られる。

請求の範囲第１２項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１１項に記載の発明において、前記第２位相構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンが同心円状に配列された階段構造であって、所定のレベル面の個数Ａ毎に、それぞれのレベル面に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造であることを特徴とする。

請求の範囲第１２項に記載の発明によれば、請求の範囲第１１項にあるような回折特性を第２位相構造に持たせることが可能になる。

請求の範囲第１３項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１２項に記載の発明において、前記所定のレベル面の個数Ａは、４、５、６の何れかであることを特徴とする。

請求の範囲第１３項に記載の発明によれば、３つの光束に対して高い透過率が確保できる。なお、３つの光束に透過率を最も高く確保するためには、所定のレベル面の個数Ａを５とするのがより好ましい。

請求の範囲第１４項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１２項又は第１３項に記載の発明において、前記階段の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の１．９倍以上２．１倍以下であることを特徴とする。

請求の範囲第１４項に記載の発明によれば、３つの光束に対して高い透過率が確保できる。

請求の範囲第１５項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１項〜第１４項のいずれかに記載の発明において、前記第３位相構造は、前記第１光束及び前記第２光束を回折せず、前記第３光束を回折する回折構造であることを特徴とする。

請求の範囲第１５項に記載の発明によれば、前記第３位相構造を第３光束のみを選択的に回折する回折構造とすることで、第３光束に対する収差を独立に制御することが可能となり、第１情報記録媒体と第３情報記録媒体の両方に対して良好な集光特性が得られる。

請求の範囲第１６項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１５項に記載の発明において、前記第３位相構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンが同心円状に配列された階段構造であって、所定のレベル面の個数Ｂ毎に、それぞれのレベル面に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造であることを特徴とする。なお、Ｂは２であることが好ましい。

請求の範囲第１６項に記載の発明によれば、請求の範囲第１５項にあるような回折特性を第３位相構造に持たせることが可能になる。

請求の範囲第１７項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１５項又は第１６項に記載の発明において、前記階段構造の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の４．９倍以上５．１倍以下であることを特徴とする。

請求の範囲第１７項に記載の発明によれば、記録／再生速度の高速化が要求される第１光情報記録媒体と第２光情報記録媒体とに対して高い透過率を確保できる。そして、請求の範囲第１７項のように、階段の１つの段差により生じる光路差を波長λ１のほぼ５倍にすることで、この効果がより顕著となる。

請求の範囲第１８項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の発明において、前記第１位相構造を通過した前記波長λ１の光束は、１０次回折光の光強度が最も高くなり、前記第１位相構造を通過した前記波長λ２の光束は、６次回折光の光強度が最も高くなり、前記第１位相構造を通過した前記波長λ３の光束は、５次回折光の光強度が最も高くなり、
前記第２位相構造を通過した前記波長λ１の光束は、２次回折光の光強度が最も高くなり、前記第２位相構造を通過した前記波長λ２の光束は、１次回折光の光強度が最も高くなり、前記第２位相構造を通過した前記波長λ３の光束は、１次回折光の光強度が最も高くなり、
前記第３位相構造を通過した前記波長λ１の光束は、０次回折光の光強度が最も高くなり、前記第３位相構造を通過した前記波長λ２の光束は、０次回折光の光強度が最も高くなり、前記第３位相構造を通過した前記波長λ３の光束は、１次回折光の光強度が最も高くなることを特徴とする。

請求の範囲第１９項に記載の対物光学素子ユニットは、請求の範囲第１項〜第１８項のいずれかに記載の発明において、前記第２位相構造は、保護基板の厚さｔ１，ｔ２の差に起因して生じる球面収差劣化及び波長λ１，λ２の差に基づく球面収差劣化を抑制する構造であることを特徴とする。

請求の範囲第２０項に記載の光ピックアップ装置は、波長λ１の光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の光束を出射する第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の光束を出射する第３光源と、請求の範囲第１項〜第１９項のいずれかに記載の対物光学素子ユニットを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第１光源からの光束を、厚さｔ１の保護基板を介して第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、また前記第２光源からの光束を、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板を介して第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第３光源からの光束を、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を介して第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっていることを特徴とする。

本明細書においては、高密度光ディスクの例としては、ＮＡ０．８５の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ＢＤ：ブルーレイディスク）が挙げられる。また、高密度光ディスクには、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜（本明細書では、保護基板は保護膜も含むものとする）を有する光ディスクや、保護基板の厚さが０の光ディスクも含まれる。更に、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、本明細書においては、ＣＤとは、ＮＡ０．４５〜０．５１程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが１．２ｍｍ程度であるＣＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等を含む。尚、記録密度については、高密度光ディスクの記録密度が最も高く、次いでＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。

なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の条件式を満たすことが好ましいが、これに限られない。

０．０７０ｍｍ≦ｔ１≦０．１２５ｍｍ
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ
０．８ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ
なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ３は、
０．０７５０ｍｍ≦ｔ１≦０．１２５ｍｍ
１．０ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ
であることが好ましい。

本明細書において、第１光源、第２光源、第３光源は、好ましくはレーザ光源である。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ等を用いることが出来る。

また、第１光ディスク、第２光ディスク、第３光ディスクとして、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤが用いられる場合、第１光源の波長λ１は好ましくは、３５０ｎｍ以上、４４０ｎｍ以下、より好ましくは、３８０ｎｍ以上、４１５ｎｍ以下であって、第２光源の波長λ２は好ましくは５７０ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下、より好ましくは６３０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下であって、第３光源の波長λ３は好ましくは、７５０ｎｍ以上、８８０ｎｍ以下、より好ましくは、７６０ｎｍ以上、８２０ｎｍ以下である。

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

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

集光光学系は、対物光学素子ユニットのみを有していても良いが、その他にコリメーターレンズ等のカップリングレンズや、光学機能を有する平板光学素子等、他の光学素子を有していてもよい。なお、カップリングレンズとは、対物光学素子ユニットと光源の間に配置され、光束の発散角を変える単レンズ又はレンズ群のことをいう。更に集光光学系は、光源から射出された光束を、情報の記録再生に用いられるメイン光束と、トラッキング等に用いられる二つのサブ光束とに分割する回折光学素子などの光学素子を有していてもよい。本明細書において、対物光学素子ユニットとは、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光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系を指す。好ましくは、対物光学素子ユニットとは、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光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系であって、更に、アクチュエータにより少なくとも光軸方向に一体的に変位可能とされた光学系を指す。

本発明によれば、良好な温度特性を有し、それぞれに使用する光源の波長及び保護基板厚が異なる少なくとも３種類の光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を適切に行いながらも、製造容易で且つ製造コストも抑えることができる光ピックアップ装置用の対物光学素子ユニット及び光ピックアップ装置を提供することができる。

第１位相構造（ａ）と、第２位相構造（ｂ）とを、段差の位置を一致させて重畳させた位相差付与構造（ｃ）を示す図である。 第１位相構造（ａ）と、第２位相構造（ｂ）とを、段差の位置をずらして重畳させた位相差付与構造（ｃ）を示す図である。 第１位相構造の輪帯構造による温度収差の補正の原理を説明するためのグラフである。 本発明に係る光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明に係る対物光学素子ユニットＯＬの一例を模式的に示す断面図である。 位相構造の例を示す図である。 位相構造の例を示す図である。 位相構造の例を示す図である。 位相構造の例を示す図である。 位相構造の例を示す図である。 位相構造の例を示す図である。

符号の説明

ＡＣ１ ２軸アクチュエータ
ＡＣ２ １軸アクチュエータ
Ｂ ベース面
Ｃ 斜めの面
Ｃ１ 中央領域
Ｃ２ 周辺領域
Ｃ３ 中央領域
Ｃ４ 周辺領域
ＣＬ コリメート光学系
Ｄ 段差
ＤＯＥ１ 第１回折構造
ＤＯＥ２ 第２回折構造
ＤＯＥ３ 第３回折構造
Ｌ ブレーズ寸法
Ｌ１ 収差補正素子
Ｌ２ 集光素子
ＬＤ１ 青紫色半導体レーザ
ＬＤ２ 赤色半導体レーザ
ＬＤ３ 赤外半導体レーザ
ＭＬ ミラー
ＯＬ 対物光学素子ユニット
Ｐ１ プリズム
Ｐ２ プリズム
Ｐ３ プリズム
ＰＤ 光検出器
ＰＬ１ 保護基板
ＰＬ２ 保護基板
ＰＬ３ 保護基板
ＰＵ 光ピックアップ装置
ＲＬ１ 情報記録面
ＲＬ２ 情報記録面
ＲＬ３ 情報記録面
ＳＥ センサー光学系
ＳＴＯ 絞り

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。まず、図４を用いて本発明による対物光学素子ユニットを用いた光ピックアップ装置について説明する。図４は、高密度光情報記録媒体ＢＤ（第１光情報記録媒体）とＤＶＤ（第２光情報記録媒体）とＣＤ（第３光情報記録媒体）との何れに対しても適切に情報の記録・再生を行える光ピックアップ装置ＰＵの構成を概略的に示す図である。ＢＤの仕様は、第１波長λ１＝４０５ｎｍ、保護基板ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの仕様は、第２波長λ２＝６５５ｎｍ、保護基板ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの仕様は、第３波長λ３＝７８５ｎｍ、保護基板ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．５１である。但し、波長、保護基板の厚さ、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ＰＵは、ＢＤ用の青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）、ＤＶＤ用の赤色半導体レーザＬＤ２（第２光源）、ＣＤ用の赤外半導体レーザＬＤ３（第３光源）、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ共用の光検出器ＰＤ、対物光学素子ユニットＯＬ、コリメート光学系ＣＬ、２軸アクチュエータＡＣ１、１軸アクチュエータＡＣ２、第１プリズムＰ１、第２プリズムＰ２、第３プリズムＰ３、立上げミラーＭＬ、各光ディスクの情報記録面からの反射光束に対して非点収差を付加するためのセンサー光学系ＳＥとから構成されている。尚、ＢＤ用の光源として、青紫色ＳＨＧレーザを使用しても良い。

光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、コリメート光学系ＣＬから青紫色レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように、１軸アクチュエータＡＣ２によりコリメート光学系ＣＬの位置を光軸方向に調整した後、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、図４において実線でその光線経路を描いたように、第１プリズムＰ１により反射された後、第２プリズムＰ２、及び第３プリズムＰ３を順に透過し、コリメート光学系ＣＬにより平行光束に変換される。その後、立上げミラーＭＬにより反射された後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物光学素子ユニットＯＬによってＢＤの保護基板ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成される集光スポットとなる。対物光学素子ユニットＯＬ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。なお、対物光学素子ユニットＯＬについての詳しい説明は後述する。

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、再び対物光学素子ユニットＯＬを透過した後、立上げミラーＭＬにより反射され、コリメート光学系ＣＬを通過する際に収斂光束となる。その後、第３プリズムＰ３、第２プリズムＰ２及び第１プリズムＰ１を順に透過した後、センサー光学系ＳＥにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。光検出器ＰＤの出力信号を用いてＢＤ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ＰＵにおいて、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、コリメート光学系ＣＬから赤色レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように、１軸アクチュエータＡＣ２によりコリメート光学系ＣＬの位置を光軸方向に調整した後、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、図４において破線でその光線経路を構いたように、第２プリズムＰ２により反射された後、第３プリズムＰ３を透過し、コリメート光学系ＣＬにより平行光束に変換される。その後、立上げミラーＭＬにより反射された後、対物光学素子ユニットＯＬによってＤＶＤの保護基板ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成される集光スポットとなる。対物光学素子ユニットＯＬ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、再び対物光学素子ユニットＯＬを透過した後、立上げミラーＭＬにより反射され、コリメート光学系ＣＬを通過する際に収斂光束となる。その後、第３プリズムＰ３、第２プリズムＰ２及び第１プリズムＰ１を順に透過した後、センサー光学系ＳＥにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。光検出器ＰＤ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ＰＵにおいて、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、コリメート光学系ＣＬから赤外レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように、１軸アクチュエータＡＣ２によりコリメート光学系ＣＬの位置を光軸方向に調整した後、赤外半導体レーザＬＤ３を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束は、図４において一点鎖線でその光線経路を描いたように、第３プリズムＰ３により反射された後、コリメート光学系ＣＬにより平行光束に変換される。その後、立上げミラーＭＬにより反射された後、対物光学素子ユニットＯＬによってＣＤの保護基板ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成される集光スポットとなる。対物光学素子ユニットＯＬ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、再び対物光学素子ユニットＯＬを透過した後、立上げミラーＭＬにより反射され、コリメート光学系ＣＬを通過する際に収斂光束となる。その後、第３プリズムＰ３、第２プリズムＰ２及び第１プリズムＰ１を順に透過した後、センサー光学系ＳＥにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。光検出器ＰＤ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。

光ピックアップ装置ＰＵでは、コリメート光学系ＣＬを１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動させることで、ＢＤ使用時の球面収差を補正できる。かかる球面収差補正機構により、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の屈折率変化や屈折率分布、多層ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、保護基板ＰＬ１の製造誤差による厚さばらつきや厚み分布等に起因する球面収差を補正可能である。尚、この球面収差補正機構により、ＤＶＤ使用時やＣＤ使用時の球面収差を補正しても良い。

次に、対物光学素子ユニットＯＬの構成について説明する。図５に、本発明による対物光学素子ユニットＯＬの構成を概略的に示す。対物光学素子ユニットＯＬは、レーザ光源側から順に配置された収差補正素子（第１の光学素子）Ｌ１と集光素子（第２の光学素子）Ｌ２が、鏡筒（保持部材）ＨＬを介して光軸Ｘを中心とした同軸となるように保持された構成を有する。

収差補正素子Ｌ１はアッベ数５０以上６０以下のプラスチック製であって、光ディスク側の光学面は、開口数ＮＡ３内に相当する中央領域Ｃ１と、開口数ＮＡ３〜開口数ＮＡ１に相当する周辺領域Ｃ２とに分割されており、レーザ光源側の光学面は、開口数ＮＡ２内に相当する中央領域Ｃ３と、開口数ＮＡ２〜開口数ＮＡ１に相当する周辺領域Ｃ４とに分割されている。

光ディスク側の光学面の中央領域Ｃ１には、第１回折構造ＤＯＥ１が形成されており、周辺領域Ｃ２には、第３回折構造ＤＯＥ３が形成されている。第１回折構造ＤＯＥ１は第１位相構造と第３位相構造の重畳構造からなり、第３回折構造ＤＯＥ３は第３位相構造のみからなる。第１位相構造は温度変化に起因する集光スポットの収差劣化を抑制するものであり、第３位相構造は保護基板ＰＬ１と保護基板ＰＬ３の厚さの違いに起因する球面収差を補正するためのものである。

また、レーザ光源側の光学面の中央領域Ｃ３には、第２回折構造（光路差付与構造ともいう）ＤＯＥ２が形成されており、周辺領域Ｃ４は、回折構造や位相構造などの微細構造が形成されない平面となっている。第２回折構造ＤＯＥ２は、保護基板ＰＬ１と保護基板ＰＬ２の厚さの違い及び青紫色レーザ光と赤色レーザ光の波長差に起因する球面収差を補正する第２位相構造からなる。第１位相構造と、第２位相構造と、第３位相構造の具体的な回折次数は、それぞれ（１０，６，５）、（０，１，０）、（０，０、１）である。

尚、第１位相構造と第３位相構造とを重畳した第１回折構造ＤＯＥ１を設けることなく、第１回折構造ＤＯＥ１の領域に第１位相構造のみを設け、第２回折構造ＤＯＥ２で第２位相構造と第３位相構造とを重畳させて３つの異なる光ディスクの保護基板厚の差に起因する球面収差を補正する場合、その第１位相構造として、波長λ１の光束が通過したとき、５（＝ｕ）次回折光が最も光強度が高くなり、波長λ２の光束が通過したとき、３（＝ｖ）次回折光が最も光強度が高くなり、波長λ３の光束が通過したとき、２（＝ｗ）次回折光が最も光強度が高くなるように、段差Ｄの値、及び一つのブレーズの光軸直交方向の寸法（ピッチ幅Ｐ）を決定すればよい。又、第１回折構造ＤＯＥ１を、第２回折構造ＤＯＥ２に重畳しても良い。

また、第１位相構造は、収差補正素子Ｌ１の光源側の光学面に設けても良いし、光ディスク側の光学面に設けても良い。また第１位相構造は、波長λ１の光束が通過したとき、２次（＝ｕ）回折光が最も光強度が高くなり、波長λ２の光束が通過したとき、１次（＝ｖ）回折光が最も光強度が高くなり、波長λ３の光束が通過したとき、１次（＝ｗ）回折光が最も光強度が高くなるようにしても良く、以上のように、（ｕ，ｖ，ｗ）は、（１０，６，５）、（５，３，２）、（２，１，１）のいずれであっても良い。

また更に、第１位相構造と第２位相構造とは、収差補正素子Ｌ１の光源側の光学面に重畳することがより好ましい。第２位相構造の回折次数としては、波長λ１の光束が通過したとき、０次回折光が最も光強度が高くなり、波長λ２の光束が通過したとき、１次回折光が最も光強度が高くなり、波長λ３の光束が通過したとき、０次回折光が最も光強度が高くなる（０，１，０）であることが好ましい。

第１位相構造の光軸を含む断面形状は、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が長くなり、光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が短くなる位相差付与構造、或いは、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が短くなり、光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が長くなる位相差付与構造であると好ましい。

第１位相構造の所定の高さの位置での位相と同位相となる領域が、波長λ１の光束の有効光束径の７０％の位置を含むと好ましい。

第２位相構造は、波長λ１光束及び波長λ３の光束を回折せず、波長λ２の光束を回折する回折構造であることが好ましい。この具体的な回折次数としては、（０，１，０）であることが好ましい。

第２位相構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンが同心円状に配列された構造であって、所定のレベル面の個数Ａ毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造であると好ましい。

所定のレベル面の個数Ａは、４、５、６の何れかであると好ましい。

階段の１つの段差により生じる光路差は波長λ１の２倍であると好ましい。

第３位相構造は、波長λ１の光束及び波長λ２の光束を回折せず、第３光束を回折する回折構造であると好ましい。この具体的な回折次数としては、（０，０、１）であることが好ましい。

第３位相構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンが同心円状に配列された構造であって、所定のレベル面の個数Ｂ毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造であると好ましい。

階段の１つの段差により生じる光路差は波長λ１の５倍であると好ましい。

図４の光ピックアップ装置に用いることができる実施例について説明する。以下の実施例１，２は何れも第１位相構造と第２位相構造とを第１光学素子の光源側の光学面に重畳した例である。また第３位相構造は第１光学素子の光ディスク側の光学面に形成した例である。なお、これ以降において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０^−３）を、Ｅ（例えば、２．５Ｅ−３）を用いて表すものとする。

対物レンズの光学面は、それぞれ数１式に、表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。

ここで、Ｘ（ｈ）は光軸方向の非球面の座標軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ_２ｉは非球面係数、ｈは光軸からの高さ、ｒは非球面の光軸上の曲率半径である。

また、回折構造により各波長の光束に対して与えられる光路長は、数２式の光路差関数に、表に示す係数を代入した数式で規定される。

尚、λは入射光束の波長、λＢは製造波長（ブレーズ化波長）、ｄｏｒは回折次数、Ｃ_２ｉは光路差関数の係数である。
（実施例１）
以下の表１及び表２に、実施例１のレンズデータを示す。実施例１においては、設計波長であるλ１＝４０８ｎｍに対して、第１の光学素子はパワーを持っていない。実施例１において、温度が設計基準温度である２５℃から３０℃上昇した場合の収差変化量は、１０次／６次／５次回折構造のない比較例の場合は１６５ｍλｒｍｓなのに対して、１０次／６次／５次回折構造のある本実施例の場合は３８ｍλｒｍｓとなる。但し、温度変化によるレーザ波長シフト量を＋０．０５ｎｍ／℃とし、材料屈折率変化量を−９×１０^−５／℃としている。

（実施例２）
以下の表３及び表４に、実施例２のレンズデータを示す。実施例２においては、設計波長であるλ１＝４０８ｎｍに対して、第１の光学素子はパワーを持っている。実施例２において、温度が設計基準温度である２５℃よりも３０℃上昇した場合の収差変化量は、１０次／６次／５次回折構造のない比較例の場合は８７λｒｍｓなのに対して、１０次／６次／５次回折構造のある本実施例の場合は９ｍλｒｍｓとなる。但し、温度変化によるレーザ波長シフト量を＋０．０５ｎｍ／℃とし、材料屈折率変化量を−９×１０^−５／℃としている。

Claims (20)

1. 波長λ１の光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の光束を出射する第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の光束を出射する第３光源と、対物光学素子ユニットを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第１光源からの光束を、厚さｔ１の保護基板を介して第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、また前記第２光源からの光束を、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板を介して第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第３光源からの光束を、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を介して第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置の対物光学素子ユニットであって、
   それぞれプラスチックを素材とする単一の第１の光学素子と第２の光学素子とを有し、
   前記第１の光学素子は、前記波長λ１の光束に対して温度変化に起因する集光スポットの収差劣化を抑制する第１位相構造と、保護基板の厚さｔ１，ｔ２の差に起因して生じる球面収差劣化を抑制する第２位相構造と、保護基板の厚さｔ１，ｔ３の差に起因して生じる球面収差劣化を抑制する第３位相構造とを有することを特徴とする対物光学素子ユニット。
2. 波長λ１の光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の光束を出射する第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の光束を出射する第３光源と、対物光学素子ユニットを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第１光源からの光束を、厚さｔ１の保護基板を介して第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、また前記第２光源からの光束を、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板を介して第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第３光源からの光束を、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を介して第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置の対物光学素子ユニットであって、
   それぞれプラスチックを素材とする単一の第１の光学素子と第２の光学素子とを有し、
   前記第１の光学素子は、温度が２５℃より３０℃上昇した際に前記波長λ１の光束に対して前記第１光情報記録媒体の情報記録面上での波面収差の変化量を０．１λ１ｒｍｓ以下に抑制する第１位相構造と、保護基板の厚さｔ１，ｔ２の差に起因して生じる球面収差劣化を抑制する第２位相構造と、保護基板の厚さｔ１，ｔ３の差に起因して生じる球面収差劣化を抑制する第３位相構造とを有することを特徴とする対物光学素子ユニット。
3. 前記第１位相構造と、前記第２位相構造と、前記第３位相構造とのうち少なくとも２つは、一つの光学面に重畳されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の対物光学素子ユニット。
4. 前記第１位相構造と前記第２位相構造とは、前記第１の光学素子の光源側の光学面に重畳されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の対物光学素子ユニット。
5. 前記第３の光情報記録媒体に対するワーキングディスタンスＷＤ３は、以下の（１）式を満足し、更に前記波長λ１の光束に対する前記第１の光学素子の近軸パワーをｐ１とし、前記波長λ１の光束に対する前記第２の光学素子の近軸パワーをｐ２としたときに、以下の（２）式を満足することを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の対物光学素子ユニット。
   ０．２０（ｍｍ）≦ＷＤ３≦０．５０（ｍｍ） （１）
   ０＜ｐ１／ｐ２≦０．３０ （２）
6. 前記波長λ１の光束に対する前記第１の光学素子の近軸パワーをｐ１とし、前記波長λ１の光束に対する前記第２の光学素子の近軸パワーをｐ２としたときに、以下の（３）式を満足することを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の対物光学素子ユニット。
   ｐ１／ｐ２＝０ （３）
7. 前記第２の光学素子の光学面は屈折面のみからなることを特徴とする請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の対物光学素子ユニット。
8. 前記第１位相構造の光軸を含む断面形状は、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が長くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が短くなる位相差付与構造、或いは、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が短くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が長くなる位相差付与構造であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の対物光学素子ユニット。
9. 前記第１位相構造の前記所定の高さの位置での位相と同位相となる領域が、前記第１光束の有効光束径の７０％の位置を含むことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の対物光学素子ユニット。
10. 前記第１位相構造は、前記波長λ１の光束が入射したときに、ｘ次の出射光の光強度を他のいかなる次数の出射光の光強度よりも大きくし、前記波長λ２の光束が入射したときに、ｙ次の出射光の光強度を他のいかなる次数の出射光の光強度よりも大きくする位相構造であり、下記の式（４）を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項〜第９項のいずれかに記載の対物光学素子ユニット。
    ０．９・（ｘ・λ１）／（ｎ１−１）≦（ｙ・λ２）／（ｎ２−１）≦１．２・（ｘ・λ１）／（ｎ１−１） （４）
    但し、ｘは０以外の整数を指し、ｙは０以外の整数を指し、ｎ１は前記第１の光学素子の前記波長λ１における屈折率を指し、ｎ２は前記第１の光学素子の前記波長λ２における屈折率を指す。
11. 前記第２位相構造は、前記第１光束及び前記第３光束を回折せず、前記第２光束を回折する回折構造であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１０項のいずれかに記載の対物光学素子ユニット。
12. 前記第２位相構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンが同心円状に配列された階段構造であって、所定のレベル面の個数Ａ毎に、それぞれのレベル面に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造であることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の対物光学素子ユニット。
13. 前記所定のレベル面の個数Ａは、４、５、６の何れかであることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の対物光学素子ユニット。
14. 前記階段構造の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の１．９倍以上２．１倍以下であることを特徴とする請求の範囲第１２項又は第１３項に記載の対物光学素子ユニット。
15. 前記第３位相構造は、前記第１光束及び前記第２光束を回折せず、前記第３光束を回折する回折構造であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１４項のいずれかに記載の対物光学素子ユニット。
16. 前記第３位相構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンが同心円状に配列された階段構造であって、所定のレベル面の個数Ｂ毎に、それぞれのレベル面に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造であることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の対物光学素子ユニット。
17. 前記階段構造の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の４．９倍以上５．１倍以下であることを特徴とする請求の範囲第１５項又は第１６項に記載の対物光学素子ユニット。
18. 前記第１位相構造を通過した前記波長λ１の光束は、１０次回折光の光強度が最も高くなり、前記第１位相構造を通過した前記波長λ２の光束は、６次回折光の光強度が最も高くなり、前記第１位相構造を通過した前記波長λ３の光束は、５次回折光の光強度が最も高くなり、
    前記第２位相構造を通過した前記波長λ１の光束は、２次回折光の光強度が最も高くなり、前記第２位相構造を通過した前記波長λ２の光束は、１次回折光の光強度が最も高くなり、前記第２位相構造を通過した前記波長λ３の光束は、１次回折光の光強度が最も高くなり、
    前記第３位相構造を通過した前記波長λ１の光束は、０次回折光の光強度が最も高くなり、前記第３位相構造を通過した前記波長λ２の光束は、０次回折光の光強度が最も高くなり、前記第３位相構造を通過した前記波長λ３の光束は、１次回折光の光強度が最も高くなることを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の対物光学素子ユニット。
19. 前記第２位相構造は、保護基板の厚さｔ１，ｔ２の差に起因して生じる球面収差劣化及び波長λ１，λ２の差に基づく球面収差劣化を抑制する構造であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１８項のいずれかに記載の対物光学素子ユニット。
20. 波長λ１の光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の光束を出射する第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の光束を出射する第３光源と、請求の範囲第１項〜第１９項のいずれかに記載の対物光学素子ユニットを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第１光源からの光束を、厚さｔ１の保護基板を介して第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、また前記第２光源からの光束を、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板を介して第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第３光源からの光束を、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を介して第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっていることを特徴とする光ピックアップ装置。