JPWO2011040225A1 - 回折素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents

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Abstract

厚み方向に積層された複数の情報記録面を有するＢＤ、及び／又は、厚み方向に積層された複数の情報記録面を有するＤＶＤ使用時におけるエラー信号の発生を抑制しつつ、ＣＤ使用時の光の利用効率を高めることができる光ピックアップ装置用の回折素子及び光ピックアップ装置を提供するために、輪帯状である７ステップの階段状構造を元にして、ステップ単位の端から数えて４番目から７番目又は５番目から７番目のテラス面を光軸方向にシフトすることで、波長λ１の光束が入射した場合に発生する不要光である−２次回折光の回折効率を低下させ、第１光ディスクの第１情報記録面と第２情報記録面のいずれにも適切に情報の記録／再生が可能となり、しかも波長λ３の光束が入射した場合におけるメイン光である＋３次回折光の回折効率を増大させることができ、第３光ディスクの情報記録面にも適切に情報の記録／再生が可能となる。

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（本明細書では記録／再生と記載することもある）を行う光ピックアップ装置用の回折素子及びそれを用いた光ピックアップ装置に関する。
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が知られており、その一例であるＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４．７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２５ＧＢの情報の記録が可能である。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を総称して「高密度光ディスク」という。
ところで、かかるタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダ（光情報記録再生装置）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／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスクとＤＶＤ、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集光光学系とＤＶＤやＣＤ用の集光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、複数の集光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集光光学系とＤＶＤやＣＤ用の集光光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物光学系を共通化することが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に最も有利となる。尚、記録／再生波長が互いに異なる複数種類の光ディスクに対して共通な対物光学系を得るためには、球面収差の波長依存性を有する回折構造を形成した回折素子を集光光学系内に配置する必要がある。
特許文献１には、回折構造を有し、例えば高密度光ディスクと従来のＤＶＤ及びＣＤに対して共通に使用可能な対物光学系、及びこの対物光学系を搭載した光ピックアップ装置が記載されている。
特開２００５−１５８２１７号公報
ここで、特許文献１では、第１の波長λ１の光ビームと第３の波長λ３の光ビームを回折せず、第２の波長λ２の光ビームを回折する第１の回折面と、第１の波長λ１の光ビームと第２の波長λ２の光ビームを回折せず、第３の波長λ３の光ビームを回折する第２の回折面と、を有する回折光学素子を用いて、異なる３種類の光ディスクに対して互換可能に情報の記録／再生を行うようになっている。
これに対し、異なる３つの波長の光束が入射したときにそれぞれ異なる３つの次数の回折光を発生させる回折構造を用いて、異なる３種類の光ディスクに対して互換可能に情報の記録／再生を行う技術も開発されている。その一例としては、表１、及び、図１に示したように、青紫色レーザ光束が入射したときは−１次回折光を発生させ、赤色レーザ光束が入射したときは＋２次回折光を発生させ、赤外レーザ光束が入射したときは＋３次回折光を発生させる回折構造を形成することで、高密度光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤの情報記録面上にそれぞれ適切な集光スポットを形成するというものがある。この態様は、互換のために複数種類の回折構造を形成する必要がないという点で、製造しやすく好ましい態様である。
ところで、上述の回折構造に光束が入射したときに、情報の記録／再生に用いる回折次数の回折光（メイン光という）以外にも、それより光量は低下するが別の回折次数の回折光（不要光という）も発生する。例えば、表１に示したように、青紫色レーザ光束が入射したときに、回折効率が８９％の−１次回折光（メイン光）を発生させた場合、回折効率が１．４％の−２次回折光（不要光）と回折効率が１．２％の０次回折光（不要光）が同時に発生する。
ＢＤの情報記録面が１層のみである場合には、メイン光とは別の回折次数の不要光が発生しても大きな問題は生じない。ところが、２層の情報記録面を有する２層タイプのＢＤも開発され既に市販されているところ、かかる２層タイプのＢＤを使用した場合に問題が生じることが判明した。より具体的には、２層タイプのＢＤは、情報記録面間の距離が２５μｍと比較的近接しているため、上述した回折構造を有する対物レンズＯＢＪを用いて、−１次回折光を第１層の情報記録面Ｌ１に集光させると、−２次回折光が第２層の情報記録面Ｌ２に丁度集光してしまい、これによりエラー信号が発生する恐れがある。
尚、図１に示した回折構造では、赤色レーザ光束が入射したときに、回折効率が６７％の＋２次回折光（メイン光）を発生させた場合、回折効率が２．７％の＋３次回折光（不要光）と回折効率が２．４％の＋１次回折光（不要光）が同時に発生する。従って、２層タイプのＢＤと同様の問題が、２層タイプのＤＶＤでも発生する恐れがある。
これに対し、回折構造におけるステップ周期構造のテラス面の幅の比（デューティ比）を変更するなどして不要光の回折効率を低下させる試みもあるが、その代わりＣＤ使用時の回折効率が低下してしまうという新たな問題が発生する。
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、厚み方向に積層された複数の情報記録面を有するＢＤ、及び／又は、厚み方向に積層された複数の情報記録面を有するＤＶＤ使用時におけるエラー信号の発生を抑制しつつ、ＣＤ使用時の光の利用効率を高めることができる光ピックアップ装置用の回折素子及びそれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
請求項１記載の回折素子は、波長λ１の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３光源と、対物光学系と、光検出器と、前記光源と前記光検出器との間の光路内に配置され、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子とを有し、前記第１光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に用いる回折素子であって、
前記第１光ディスク、及び／又は、前記第２光ディスクは、厚み方向に積層された複数の情報記録面を有し、
前記回折素子は、前記第１光ディスク、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの保護層の厚みに起因して発生する球面収差を補正するための回折構造を有し、
前記回折構造は、前記回折素子の光軸に略平行に延在する７つの段差面と、前記段差面と交差する７つのテラス面とを有すると共に、隣接する前記テラス面が前記回折素子の光軸方向に順次シフトしてなる階段状構造を元にして、４番目から７番目又は５番目から７番目のテラス面を所定量だけ光軸方向に沿ってシフトしてなるステップ単位を、前記回折素子の光軸に交差する方向に沿って複数個配置したステップ周期構造であって、
前記回折構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、−１次回折光が最大の回折光量を有し、前記回折構造に前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、＋２次回折光が最大の回折光量を有し、前記回折構造に前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、＋３次回折光が最大の回折光量を有することを特徴とする。
本発明者は鋭意研究の結果、輪帯状である７ステップの階段状構造を元にして、ステップ単位の端から数えて４番目から７番目又は５番目から７番目のテラス面を光軸方向にシフトすることによって、波長λ１の光束が入射した場合に発生する不要光である−２次回折光の回折効率を低下させることができるので、第１光ディスクの第１情報記録面と第２情報記録面のいずれにも適切に情報の記録／再生が可能となり、しかも波長λ３の光束が入射した場合におけるメイン光である＋３次回折光の回折効率を増大させることができるので、第３光ディスクの情報記録面にも適切に情報の記録／再生が可能となることを見出したのである。「４番目から７番目又は５番目から７番目のテラス面」とは、隣接するテラス面が７つ漸次光軸方向にシフトしてなる１つのステップ単位の中で、最も前記対物レンズの光軸に近いテラス面から数えてもよいし、最も前記対物レンズの光軸から遠いテラス面から数えてもよいが、１つのステップ単位の端以外のテラス面からは数えない。
請求項２に記載の回折素子は、請求項１に記載の発明に対し、前記ステップ周期構造において、４番目から７番目又は５番目から７番目のテラス面の所定量だけ光軸方向に沿ってシフトした際のシフト量をΔ（μｍ）としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする。
９．８＜｜φΔ｜＜１０．２
但し、φΔはシフト量Δにより発生する波長λ１（μｍ）の光路差である。
ここで、
φΔ＝（Δ／λ１）×（ｎ１−１）
ｎ１：前記波長λ１における前記回折素子の屈折率
である。
請求項３に記載の回折素子は、波長λ１の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３光源と、対物光学系と、光検出器と、前記光源と前記光検出器との間の光路内に配置され、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子とを有し、前記第１光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に用いる回折素子であって、
前記第１光ディスク、及び／又は、前記第２光ディスクは、厚み方向に積層された複数の情報記録面を有し、
前記回折素子は、前記第１光ディスク、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの保護層の厚みに起因して発生する球面収差を補正するための回折構造を有し、
前記回折構造は、前記回折素子の光軸に略平行に延在する７つの段差面と、前記段差面と交差する７つのテラス面とを有すると共に、隣接する前記テラス面が前記回折素子の光軸方向に順次シフトしてなる階段状構造を、前記回折素子の光軸に交差する方向に沿って複数個配置したステップ周期構造であって、
前記回折構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、−１次回折光が最大の回折光量を有し、前記回折構造に前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、＋２次回折光が最大の回折光量を有し、前記回折構造に前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、＋３次回折光が最大の回折光量を有し、
前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記長さが最大の段差面Ｌと、前記長さが中間の段差面Ｍの間に、前記長さが最小の段差面Ｓが２つ、又は、３つ存在することを特徴とする。
本発明者は鋭意研究の結果、７ステップの階段状構造を複数個配置したステップ周期構造において、前記ステップ周期構造内に存在する段差面が、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記長さが最大の段差面Ｌと、前記長さが中間の段差面Ｍの間に、前記長さが最小の段差面Ｓが２つ、又は、３つ存在することによって、波長λ１の光束が入射した場合に発生する不要光である−２次回折光の回折効率を低下させることができ、第１光ディスクの第１情報記録面と第２情報記録面のいずれにも適切に情報の記録／再生が可能となり、しかも波長λ３の光束が入射した場合におけるメイン光である＋３次回折光の回折効率を増大させることができるので、第３光ディスクの情報記録面にも適切に情報の記録／再生が可能となることを見出したのである。段差面の長さとは、光軸方向の長さをいう。
請求項４に記載の回折素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記３種類の段差面、及び、前記波長λ１は以下の式を満たすことを特徴とする。
０．１３≦｜ΦＬ｜≦０．１７
０．１３≦｜ΦＳ｜≦０．１７
０．０７≦｜ΦＭ｜≦０．１３
３９０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
但し、ΦＬは長さが最大の段差面Ｌにより発生する波長λ１の位相差であり、ΦＳは長さが最小の段差面Ｓにより発生する波長λ１の位相差であり、ΦＭは長さが中間の段差面Ｍにより発生する波長λ１の位相差である。
ここで、
ΦＬ＝φＬ−ＲＯＵＮＤ（φＬ）
φＬ＝（ｄＬ／λ１）×（ｎ１−１）
ΦＳ＝φＳ−ＲＯＵＮＤ（φＳ）
φＳ＝（ｄＳ／λ１）×（ｎ１−１）
ΦＭ＝φＭ−ＲＯＵＮＤ（φＭ）
φＭ＝（ｄＭ／λ１）×（ｎ１−１）
前記波長λ１（μｍ）における前記回折素子の屈折率：ｎ１
段差量が最大の段差面Ｌの長さ：ｄＬ（μｍ）
段差量が最小の段差面Ｓの長さ：ｄＳ（μｍ）
段差量が中間の段差面Ｍの長さ：ｄＭ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。
請求項５に記載の回折素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記３種類の段差面、及び、前記波長λ１における前記回折素子の屈折率ｎ１が以下の式、
６．００＜｜ｄＬ｜＜６．８０
０．７３＜｜ｄＳ｜＜０．９３
２．００＜｜ｄＭ｜＜２．４０
１．５４＜ｎ１＜１．５８
を満たすことを特徴とする。
請求項６に記載の回折素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記３種類の段差面、及び、前記波長λ１における前記回折素子の屈折率ｎ１が以下の式、
６．４０＜｜ｄＬ｜＜７．２０
０．７９＜｜ｄＳ｜＜０．９９
２．２０＜｜ｄＭ｜＜２．６０
１．５０＜ｎ１＜１．５４
を満たすことを特徴とする。
請求項７に記載の回折素子は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記長さが最大の段差面Ｌの数と、前記長さが最小の段差面Ｓの数と、前記長さが中間の段差面Ｍの数の比は、略１：５：１であることを特徴とする。
請求項８に記載の回折素子は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記長さが最小の段差面Ｓと前記長さが中間の段差面Ｍは、長さの符号が互いに同じであり、記長さが最大の段差面Ｌと前記長さが最小の段差面Ｓは、長さの符号が互いに異なることを特徴とする。尚、「長さの符号が互いに異なる」とは、比較する段差面の一方が光軸を向いており、他方が光軸とは逆を向いている場合をいう。
請求項９に記載の回折素子は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
｜ΣΦ１ｊ｜＝１
｜ΣΦ２ｊ｜＝２
｜ΣΦ３ｊ｜＝３
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、１つのステップ周期構造内に存在する段差面の長さを、第１段差面ｄ１、第２段差面ｄ２、第３段差面ｄ３、・・・・、第ｊ段差面ｄｊ（但しｊ＝７）としたとき、各段差面により発生する波長λｉ（μｍ）（ｉ＝１、２、３）の位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝（ｄｊ／λｉ）×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差面：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。
請求項１０に記載の回折素子は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記回折素子は前記対物光学系と一体化されていることを特徴とする。「一体化」とは、鏡枠等の別部材を介して回折素子と対物光学系とが一体化されている場合の他、回折構造を単玉の対物光学系（対物レンズ）に形成した場合も含む。
請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜１０のいずれかに記載の回折素子を有することを特徴とする。
本発明に係る光ピックアップ装置は、少なくとも第１光源、第２光源及び第３光源を有する。さらに、本発明の光ピックアップ装置は、第１光束を第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、第２光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系を有する。また、本発明の光ピックアップ装置は、第１光ディスク、第２光ディスク及び第３光ディスクの情報記録面からの反射光を受光する受光素子を有する。
第１光ディスクは、厚さがｔ１の保護基板と第１情報記録面とを有し、好ましくは、厚さがｔ１’（ｔ１≠ｔ１’）の保護基板と第２情報記録面とを厚み方向に積層して有する。第２光ディスクは、厚さがｔ２（ｔ１、ｔ１’≦ｔ２）の保護基板と情報記録面とを有し、好ましくは、厚さがｔ２’（ｔ１、ｔ１’≦ｔ２’≠ｔ２）の保護基板と第２情報記録面とを厚み方向に積層して有する。第３光ディスクは、厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板と情報記録面とを有する。第１光ディスクが高密度光ディスクであり、第２光ディスクが、ＤＶＤであり、第３光ディスクがＣＤであることが好ましいが、これに限られるものではない。なお、第１光ディスク、第２光ディスク又は第３光ディスクは、複数の情報記録面を有する複数層の光ディスクでもよい。
本明細書において、ＢＤとは、波長３９０〜４１５ｎｍ程度の光束、ＮＡ０．８〜０．９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０．０５〜０．１２５ｍｍ程度であるＢＤ系列光ディスクの総称であり、単一の情報記録層のみ有するＢＤや、２層以上の情報記録層を有するＢＤ等を含むものである。更に、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物光学系により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、本明細書においては、ＣＤとは、ＮＡ０．４５〜０．５１程度の対物光学系により情報の記録／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、ＢＤ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、ｔ１’、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の条件式（１）、（２）、（３）、（４）、
０．０３ｍｍ≦ｔ１≦０．０７５ｍｍ （１）
０．０５ｍｍ≦ｔ１’≦０．１２５ｍｍ （２）
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ （３）
１．０ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ （４）
を満たすことが好ましいが、これに限られない。
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。第１光源から出射される第１光束の第１波長λ１、第２光源から出射される第２光束の第２波長λ２（λ２＞λ１）、第３光源から出射される第３光束の第３波長λ３（λ３＞λ２）は以下の条件式（５）、（６）、
１．５×λ１＜λ２＜１．７×λ１ （５）
１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１ （６）
を満たすことが好ましい。
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光源の第１波長λ１は、３９０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下である。また、第２光源の第２波長λ２は好ましくは５７０ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下、より好ましくは６３０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下であって、第３光源の第３波長λ３は好ましくは、７５０ｎｍ以上、８８０ｎｍ以下、より好ましくは、７６０ｎｍ以上、８２０ｎｍ以下である。
また、第１光源、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。
受光素子としては、フォトダイオードなどの光検出器が好ましく用いられる。光ディスクの情報記録面上で反射した光が受光素子へ入射し、その出力信号を用いて、各光ディスクに記録された情報の読み取り信号が得られる。さらに、受光素子上のスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて、合焦、トラッキングのために対物光学系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。
また、光ピックアップ装置は、光源から出射された光束が対物光学系に入射する前に、光束の強度をモニターするモニター手段を有することが好ましい。このようなモニター手段は、光源から出射された光束の強度を検出できるが、対物光学系を通過した後の光束の強度を検出しないため、基礎構造などの光路差付与構造における回折効率の変動を検知できない。従って、このようなモニター手段を有する光ピックアップ装置において、本発明の効果がより顕著になる。
光ピックアップ装置の集光光学系は、対物光学系を含む。集光光学系は、対物光学系のみを有していても良いが、対物光学系の他にコリメートレンズ等のカップリングレンズを有していてもよい。カップリングレンズとは、対物光学系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。コリメートレンズは、カップリングレンズの一種で、コリメートレンズに入射した光を平行光にして出射するレンズである。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、対物光学系は、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。対物光学系は、二つ以上の複数のレンズから構成されていてもよいし、単玉のレンズのみでもよいが、好ましくは単玉のレンズである。尚、対物光学系が複数のレンズを有する場合、回折構造を有する平板光学素子と非球面レンズ（回折構造を有していてもいなくてもよい）の組み合わせであってもよい。また、対物光学系は、屈折面が非球面であることが好ましい。また、対物光学系は、回折構造が設けられるベース面が非球面であることが好ましい。
また、対物光学系はプラスチックレンズであることが好ましい。樹脂材料としては、環状オレフィン系の樹脂材料を使用するのが好ましく、環状オレフィン系の中でも、波長４０５ｎｍに対する温度２５℃での屈折率が１．５３乃至１．６０の範囲内であって、−５℃から７０℃の温度範囲内での温度変化に伴う波長４０５ｎｍに対する屈折率変化率ｄＮ／ｄＴ（℃−１）が−２０×１０−５乃至−５×１０−５（より好ましくは、−１０×１０−５乃至−８×１０−５）の範囲内である樹脂材料を使用するのがより好ましい。また、対物光学系をプラスチックレンズとする場合、カップリングレンズもプラスチックレンズとすることが好ましい。かかる樹脂材料の具体例は、三井化学株式会社製のアペルや日本ゼオン株式会社製のゼオネックスであり、これらは、４０５ｎｍ近傍の波長領域の光に対する耐性に優れるので好ましい。
対物光学系について、以下に説明する。尚、ここで説明する対物光学系は、本発明の回折素子と対物光学系が一体となった例である。対物光学系の少なくとも一つの光学面が、中央領域と、中央領域の周りの周辺領域とを有する。更に好ましくは、対物光学系の少なくとも一つの光学面が、周辺領域の周りに最周辺領域を有する。最周辺領域を設けることにより、高密度光ディスクに対する記録及び／又は再生をより適切に行うことが可能となる。中央領域は、対物光学系の光軸を含む領域であることが好ましいが、含まない領域であってもよい。中央領域、周辺領域、及び最周辺領域は同一の光学面上に設けられていることが好ましい。中央領域、周辺領域、最周辺領域は、同一の光学面上に、光軸を中心とする同心円状に設けられていることが好ましい。また、対物光学系の中央領域、周辺領域には回折構造が設けられていると好ましい。最周辺領域を有する場合、最周辺領域は屈折面であってもよいし、最周辺領域に回折構造が設けられていてもよい。中央領域、周辺領域、最周辺領域はそれぞれ隣接していることが好ましいが、間に僅かに隙間があっても良い。
なお、本明細書でいう回折構造とは、入射光束に対して光路差及び／又は位相差を付加する構造の総称である。回折構造は、段差を有し、好ましくは段差を複数有する。この段差により入射光束に光路差及び／又は位相差が付加される。回折構造により付加される光路差は、入射光束の波長の整数倍であっても良いし、入射光束の波長の非整数倍であっても良い。段差は、光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。回折構造は、一般に、様々な断面形状（光軸を含む面での断面形状）をとり得、光軸を含む断面形状がブレーズ型構造と階段型構造とに大別される。
ブレーズ型構造とは、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、回折溝を有する対物光学系の光軸を含む断面形状が、鋸歯状の形状ということであり、具体的には、光ピックアップ装置の略光軸方向（図で上下方向）に沿って延在する複数の段差面ＳＴと、隣接する段差面同士を連結する斜面ＣＰとを有する。尚、図２の例においては、上方が光源側、下方が光検出器側であって、平行平板上に回折溝が形成されているものとする。ブレーズ型構造において、１つのブレーズ単位の光軸垂直方向の長さをピッチＰという（図２（ａ）、（ｂ）参照）。また、ブレーズの光軸に平行方向の段差面の光軸方向長さを段差量Ｂ（又はブレーズ高さｈと称することもある）という（図２（ａ）参照）。
また、階段型構造とは、図２（ｃ）、（ｄ）に示されるように、回折溝を有する光学素子の光軸を含む断面形状が、小階段状のもの（ステップ単位と称する）を複数有するということであり、具体的には、光ピックアップ装置の略光軸方向に沿って延在する複数の段差面ＳＴと、前記段差面と交差する複数のテラス面ＴＲとを有する。
図２（ｃ）に示す階段型構造は、３つ以上（図では７つ）の段差面ＳＴと、３つ以上（図では７つ）のテラス面ＴＲとを有し、隣接するテラス面ＴＲが光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなるステップ単位を、光ピックアップ装置の光軸に交差する方向（図で左右方向）に沿って複数個配置することによって、ステップ周期構造を形成してなるものである。即ち、特にテラス面ＴＲが３つ以上の階段型構造は、小さい段差面ＳＴと大きい段差面ＬＳＴとを有することになる。本明細書では、テラス面が３つの場合、３ステップ構造といい、７つの場合、７ステップ構造という。
図２（ｄ）に示す回折構造は、略光軸方向に延在する隣接する段差面ＳＴ、ＳＴの端部同士により、間に挟まれたテラス面ＴＲを連結する構成であって、隣接するテラス面ＴＲ、ＴＲ同士は平行で光軸方向にシフトしている。本明細書では、テラス面が２つの場合、２ステップ構造という。尚、図２（ｅ）に示すように、最も高い側から１又は２以上のテラスＴＲを等量だけ低める方向にシフトしてなる構造も、階段型構造とする。
また、階段型構造において、１つの階段単位の光軸垂直方向の長さをピッチＰという（図２（ｃ）、（ｄ）参照）。また、光軸方向に沿った段差面ＬＳＴ、ＳＴの長さを段差量Ｂ１，Ｂ２という。３レベル以上の階段型構造の場合、大段差量Ｂ１（第ｋ段差量）と小段差量Ｂ２とが存在することになる（図２（ｃ）参照）が、特に本発明においては、小段差量Ｂ２の少なくとも１つを変更している。一方、２ステップ構造の場合、基本的にＢ１＝Ｂ２である。
尚、回折構造は、ある単位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。ここでいう「単位形状が周期的に繰り返されている」とは、同一の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１単位となる単位形状が、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、「単位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。
回折構造が、ブレーズ型構造を有する場合、単位形状である鋸歯状の形状が繰り返された形状となる。図２（ａ）に示されるように、同一の鋸歯状形状が繰り返されてもよい。
回折構造が、階段型構造を有する場合、図２（ｃ）で示されるようなステップ単位が、繰り返されるような形状等があり得る。
回折構造は、光軸を中心とする同心円状の複数の輪帯を有することが好ましい。各輪帯は段差で区切られていることが好ましい。また、回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状のパターンが繰り返されるタイプの構造であることが好ましい。また、複数の回折構造を同一領域に重畳した構造としてもよい。「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、ある回折構造と別の回折構造がそれぞれ他の光学面に設けられている場合や、ある回折構造と別の回折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。
対物光学系の中央領域には少なくとも第１回折構造が設けられている。また、対物光学系の周辺領域には少なくとも第２回折構造が設けられていると好ましい。
対物光学系の第１回折構造に第１光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＭとし、第１回折構造に第２光源からの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＮとし、第１回折構造に第３光源からの波長λ３の第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＯとしたときに、Ｍ，Ｎ，Ｏの少なくとも１つは正であり、且つＭ，Ｎ，Ｏの少なくとも１つは負である。この第１回折構造は、異なる光ディスクの互換用の構造であることが好ましい。
Ｍ，Ｎ，Ｏの好ましい組み合わせの例としては、以下が挙げられる。
（Ｍ，Ｎ，Ｏ）＝（−１、＋２、＋３）
即ち、第１回折構造が、本発明にかかる回折構造となる。
対物光学系の第２回折構造に第１光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＰとし、第２回折構造に第２光源からの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＱとしたときに、Ｐ≠Ｑであると好ましい。この第２光路差付与構造も、異なる光ディスクの互換用の構造であることが好ましい。
また、このとき、Ｐ＝Ｍ、Ｑ＝Ｎである事がより好ましい。
また、対物光学系は対物光学系の温度変化に起因して発生する収差を補正する温特補正用の回折構造を有すると好ましい。「温特補正用の回折構造」とは、温度変化が生じたときに発生する収差を補正する回折構造をいい、例えば、温度が上昇し、第１光源、第２光源及び第３光源の波長が伸びた際に、球面収差を補正不足方向にする機能を有する回折構造である。これによって、温度上昇時のプラスチックの屈折率低下に伴う、球面収差の補正過剰方向への変化を補償することが出来、良好な球面収差を得ることが可能となる。この温特補正用の回折構造を、中央領域の第１回折構造に重畳して設ける場合は、これを第３回折構造とすると好ましい。温特補正用の回折構造を、周辺領域の第２回折構造に重畳して設ける場合は、これを第４回折構造とすると好ましい。さらに、対物光学系が後述する様に最周辺領域を有し、温特補正用の回折構造を最周辺領域に設ける場合は、これを第５回折構造とすると好ましい。
第３回折構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＲとし、第３回折構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＳとし、第３回折構造に第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＴとする。このとき、（Ｒ，Ｓ，Ｔ）＝（＋１０、＋６、＋５）または（＋２、＋１、＋１）であることが好ましい。
また、第４回折構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＶとし、第４回折構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＷとする。このとき、（Ｖ，Ｗ）＝（＋１０、＋６）、（＋５、＋３）または（＋２、＋１）であることが好ましい。
第５回折構造については、回折次数について特に限定はない。
また、対物光学系の中央領域に設けられる回折構造と、対物光学系の周辺領域に設けられる回折構造とを設ける場合、対物光学系の異なる光学面に設けられていてもよいが、同一の光学面に設けられることが好ましい。同一の光学面に設けられることにより、製造時の偏芯誤差を少なくすることが可能となるため好ましい。また、回折構造は、対物光学系の光ディスク側の面よりも、対物光学系の光源側の面に設けられることが好ましい。
対物光学系は、さらに第３光束のフレア出し用の回折構造を、周辺領域に有していてもよい。フレア出し用の回折構造は、回折構造に第１光源からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＡとし、回折構造に第２光源からの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＢとし、回折構造に第３光源からの波長λ３の第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＣとしたときに、Ａ＝０，Ｂ＝０，Ｃ＝±１であることが好ましい。フレア出し用の回折構造を通過した第３光束は、第３光ディスクの情報記録面上に集光しない。
対物光学系は、対物光学系の中央領域を通過する第１光束、第２光束及び第３光束を、それぞれ集光スポットを形成するように集光する。また、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１、ｔ１’と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２が異なる場合、第１回折構造は、第１回折構造を通過した第１光束及び第２光束に対して、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１、ｔ１’と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２の違いにより発生する球面収差及び／又は第１光束と第２光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。さらに、第１回折構造は、第１回折構造を通過した第１光束及び第３光束に対して、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１、ｔ１’と第３光ディスクの保護基板の厚さｔ３との違いにより発生する球面収差及び／又は第１光束と第３光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。
また、対物光学系は、対物光学系の周辺領域を通過する第１光束及び第２光束を、それぞれ集光スポットを形成するように集光すると好ましい。また、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１、ｔ１’と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２が異なる場合、第２回折構造は、第２回折構造を通過した第１光束及び第２光束に対して、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１、ｔ１’と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２の違いにより発生する球面収差及び／又は第１光束と第２光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。
また、好ましい態様として、フレア出し用の回折構造を有する周辺領域を通過した第３光束は、第３光ディスクの記録及び／又は再生に用いられない態様が挙げられる。周辺領域を通過した第３光束が、第３光ディスクの情報記録面上で集光スポットの形成に寄与しないようにすることが好ましい。つまり、対物レンズの周辺領域を通過する第３光束は、第３光ディスクの情報記録面上でフレアを形成することが好ましい。対物レンズを通過した第３光束が第３光ディスクの情報記録面上で形成するスポットにおいて、光軸側（又はスポット中心部）から外側へ向かう順番で、光量密度が高いスポット中心部、光量密度がスポット中心部より低いスポット中間部、光量密度がスポット中間部よりも高くスポット中心部よりも低いスポット周辺部を有する。スポット中心部が、光ディスクの情報の記録及び／又は再生に用いられ、スポット中間部及びスポット周辺部は、光ディスクの情報の記録及び／又は再生には用いられない。上記において、このスポット周辺部をフレアと言っている。つまり、対物光学系の周辺領域を通過した第３光束は、第３光ディスクの情報記録面上でスポット周辺部を形成する。また、対物レンズを通過した第２光束においても、第２光ディスクの情報記録面上で形成するスポットが、スポット中心部、スポット中間部、スポット周辺部を有することが好ましい。
好ましい一態様としては、第１回折構造に対して、対物回折構造の温度変化に起因して発生する収差を補正する第３回折構造を重畳させており、第２回折構造に対して、対物光学系の温度変化に起因して発生する収差を補正する第４回折構造を重畳させた態様である。
周辺領域を通過した第３光束が、第３光ディスクの情報記録面上でフレアを形成しないような回折構造を設けてもよい。この場合、開口制限を行うためにダイクロイックフィルターなどを用いる事が好ましい。
対物光学系が最周辺領域を有する場合、対物光学系は、対物光学系の最周辺領域を通過する第１光束を、第１光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。また、最周辺領域を通過した第１光束において、第１光ディスクの記録及び／又は再生時にその球面収差が補正されていることが好ましい。
また、好ましい態様として、最周辺領域を通過した第２光束は、第２光ディスクの記録及び／又は再生に用いられず、最周辺領域を通過した第３光束は、第３光ディスクの記録及び／又は再生に用いられない態様が挙げられる。最周辺領域を通過した第２光束及び第３光束が、それぞれ第２光ディスク及び第３光ディスクの情報記録面上での集光スポットの形成に寄与しないようにすることが好ましい。つまり、対物光学系が最周辺領域を有する場合、対物光学系の最周辺領域を通過する第３光束は、第３光ディスクの情報記録面上でフレアを形成することが好ましい。言い換えると、対物光学系の最周辺領域を通過した第３光束は、第３光ディスクの情報記録面上でスポット周辺部を形成することが好ましい。また、対物光学系が最周辺領域を有する場合、対物光学系の最周辺領域を通過する第２光束は、第２光ディスクの情報記録面上でフレアを形成することが好ましい。言い換えると、対物光学系の最周辺領域を通過した第２光束は、第２光ディスクの情報記録面上でスポット周辺部を形成することが好ましい。
尚、最周辺領域を通過した第２光束及び第３光束が、第２光ディスクおよび第３光ディスクの情報記録面上でフレアを形成しないような態様でもよい。この場合、開口制限を行うためにダイクロイックフィルターなどを用いる事が好ましい。
また、本発明に係る回折素子を設計する場合、ピッチ幅が小さな輪帯が発生する可能性がある。尚、ピッチ幅とは、輪帯構造の、光路差付与構造の光学素子の光軸と直交方向の幅をいう。
本発明者は、鋭意研究の結果、このピッチ幅が５μｍ未満の輪帯であれば、この輪帯を削ったり、埋めてしまっても、光学性能に大きな影響を及ぼさないことを見出した。つまり、輪帯幅が５μｍ未満である場合、この小さな輪帯幅の輪帯を削っても、光学性能に大きな影響を及ぼすことはない。
また、金型の製造を容易にしたり、金型の転写性を良好にする観点からは、段差のピッチ幅は小さすぎない方が好ましい。従って、回折構造を設計した際に、ピッチ幅が５μｍ未満の輪帯が発生する場合、そのような輪帯幅が５μｍ未満の輪帯を除去して、最終的な回折構造を得る事が好ましい。輪帯幅が５μｍ未満の輪帯が凸状である場合は、輪帯を削る事により除去すればよく、輪帯幅が５μｍ未満の輪帯が凹状である場合は、輪帯を埋める事により除去すればよい。
従って、光学系の輪帯幅は全て５μｍ以上である事が好ましい。
また、細長い輪帯が少ない方が製造上好ましいという観点から、回折構造の全ての輪帯において、（段差量／輪帯幅）の値が、１以下である事が好ましく、更に好ましくは０．８以下である事である。更に好ましくは、全ての回折構造の全ての輪帯において、（段差量／輪帯幅）の値が、１以下である事が好ましく、更に好ましくは０．８以下である事である。
第１光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物光学系の像側開口数をＮＡ１とし、第２光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ２（ＮＡ１≧ＮＡ２）とし、第３光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物光学系の像側開口数をＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）とする。ＮＡ１は、０．８以上、０．９以下であることか、又は、０．５５以上、０．７以下であることが好ましい。特にＮＡ１は０．８５であることが好ましい。ＮＡ２は、０．５５以上、０．７以下であることが好ましい。特にＮＡ２は０．６０であることが好ましい。また、ＮＡ３は、０．４以上、０．５５以下であることが好ましい。特にＮＡ３は０．４５又は０．５３であることが好ましい。
対物光学系の中央領域と周辺領域の境界は、第３光束の使用時において、０．９・ＮＡ３以上、１．２・ＮＡ３以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ３以上、１．１５・ＮＡ３以下）の範囲に相当する部分に形成されていることが好ましい。より好ましくは、対物レンズの中央領域と周辺領域の境界が、ＮＡ３に相当する部分に形成されていることである。また、対物光学系の周辺領域と最周辺領域の境界は、第２光束の使用時において、０．９・ＮＡ２以上、１．２・ＮＡ２以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ２以上、１．１５・ＮＡ２以下）の範囲に相当する部分に形成されていることが好ましい。より好ましくは、対物レンズの周辺領域と最周辺領域の境界が、ＮＡ２に相当する部分に形成されていることである。対物光学系の最周辺領域の外側の境界は、第１光束の使用時において、０．９・ＮＡ１以上、１．２ＮＡ１以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ１以上、１．１５・ＮＡ１以下）の範囲に相当する部分に形成されていることが好ましい。より好ましくは、対物光学系の最周辺領域の外側の境界が、ＮＡ１に相当する部分に形成されていることである。
対物光学系を通過した第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光する場合に、球面収差が少なくとも１箇所の不連続部を有することが好ましい。その場合、不連続部は、第３光束の使用時において、０．９・ＮＡ３以上、１．２・ＮＡ３以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ３以上、１．１５・ＮＡ３以下）の範囲に存在することが好ましい。また、対物光学系を通過した第２光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光する場合にも、球面収差が少なくとも一箇所の不連続部を有することが好ましい。その場合、不連続部は、第２光束の使用時において、０．９・ＮＡ２以上、１．２・ＮＡ２以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ２以上、１．１・ＮＡ２以下）の範囲に存在することが好ましい。
また、球面収差が連続していて、不連続部を有さない場合であって、対物光学系を通過した第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光する場合に、ＮＡ２では、縦球面収差の絶対値が０．０３μｍ以上であって、ＮＡ３では縦球面収差の絶対値が０．０２μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、ＮＡ２では、縦球面収差の絶対値が０．０８μｍ以上であって、ＮＡ３では縦球面収差の絶対値が０．０１μｍ以下である。また、対物レンズを通過した第２光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光する場合に、ＮＡ１では、縦球面収差の絶対値が０．０３μｍ以上であって、ＮＡ２では縦球面収差の絶対値が０．００５μｍ以下であることが好ましい。
光情報記録再生装置に、上述の光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブ装置を組み込むことができる。
ここで、光情報記録再生装置に装備される光ディスクドライブ装置に関して説明すると、光ディスクドライブ装置には、光ピックアップ装置等を収納している光情報記録再生装置本体から光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイのみが外部に取り出される方式と、光ピックアップ装置等が収納されている光ディスクドライブ装置本体毎、外部に取り出される方式とがある。
上述した各方式を用いる光情報記録再生装置には、概ね、次の構成部材が装備されているがこれに限られるものではない。ハウジング等に収納された光ピックアップ装置、光ピックアップ装置をハウジングごと光ディスクの内周あるいは外周に向けて移動させるシークモータ等の光ピックアップ装置の駆動源、光ピックアップ装置のハウジングを光ディスクの内周あるいは外周に向けてガイドするガイドレールなどを有した光ピックアップ装置の移送手段及び、光ディスクの回転駆動を行うスピンドルモータ等である。
前者の方式には、これら各構成部材の他に、光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイおよびトレイを摺動させるためのローディング機構等が設けられ、後者の方式にはトレイおよびローディング機構がなく、各構成部材が外部に引き出し可能なシャーシに相当するドロワーに設けられていることが好ましい。
本発明によれば、厚み方向に積層された複数の情報記録面を有するＢＤ使用時、及び／又は、厚み方向に積層された複数の情報記録面を有するＤＶＤ使用時におけるエラー信号の発生を抑制しつつ、ＣＤ使用時の光の利用効率を高めることができる光ピックアップ装置用の対物レンズ及びそれを用いた光ピックアップ装置を提供することが可能になる。
２層タイプのＢＤ使用時における対物光学系で集光されるメイン光と不要光とを示す断面図である。 回折構造を示す概略断面図である。 光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。 対物光学系の概略断面図である。 比較例の階段型構造を示す断面図である。 実施例１の階段型構造を示す断面図である。 実施例１の対物光学系に波長λ１の光束を入射させたときの波面の状態を示す図である。 実施例１の対物光学系に波長λ２の光束を入射させたときの波面の状態を示す図である。 実施例２の階段型構造を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図３は、異なる光ディスクである２層タイプのＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ１は、光情報記録再生装置に搭載できる。ここでは、第１光ディスクをＢＤとし、第２光ディスクをＤＶＤとし、第３光ディスクをＣＤとする。なお、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。
光ピックアップ装置ＰＵ１は、対物光学系ＯＢＪ、絞りＳＴ、コリメートレンズＣＬ、ダイクロイックプリズムＰＰＳ、ＢＤ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（第１光束）を射出する第１半導体レーザＬＤ１（第１光源）と、ＢＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光素子ＰＤ１と、レーザモジュールＬＭ等を有する。
また、レーザモジュールＬＭは、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半導体レーザＥＰ１（第２光源）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３半導体レーザＥＰ２（第３光源）と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第２の受光素子ＤＳ１と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第３の受光素子ＤＳ２と、プリズムＰＳと、を有している。
本実施の形態の対物光学系ＯＢＪはポリオレフィン系のプラスチック製の単玉レンズであって、通過する光束の種類に応じて、図４に示すように、光軸を含む中央領域ＣＮと、その周囲の周辺領域ＭＤと、更にその周囲の最周辺領域ＯＴとに分けることができる。光源側（光ディスク側でも良い）の光学面の中央領域には、第１回折構造が形成されている。第１回折構造は、対物光学系ＯＢＪの光軸に略平行に延在する７つの段差面と、前記段差面と交差する７つのテラス面とを有すると共に、隣接するテラス面が対物レンズＯＢＪの光軸方向に順次シフトしてなる階段状構造を元にして、最も対物光学系ＯＢＪの中心に近いテラス面から数えて４番目から７番目又は５番目から７番目のテラス面を所定量だけ光軸方向に沿って対物光学系ＯＢＪの中心側にシフトしてなるステップ単位を、対物レンズＯＢＪの光軸に交差する方向に沿って複数個配置したステップ周期構造を含む。第１光路差付与構造に、青紫色半導体レーザＬＤ１からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＭとし、第１光路差付与構造にレーザモジュールＬＭからの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＮとし、第１光路差付与構造にレーザモジュールＬＭからの波長λ３の第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＯとしたときに、（Ｍ，Ｎ，Ｏ）＝（−１，＋２，＋３）である。
又、周辺領域ＭＤには、第２回折構造と第４回折構造が重畳されて形成されている。第２回折構造に、波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＰとし、第２回折構造に波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＱとしたときに、Ｐ＝＋１，Ｑ＝−１である。又、第４回折構造に、波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＶとし、第４回折構造に波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をＷとしたときに、（Ｖ，Ｗ）＝（＋１０，＋６）である。さらに、周辺領域には、第２回折構造及び第４光路差付与構造に加えて、第３の光束のフレア出し用の回折構造が重畳されている。このフレア出し用の回折構造に、青紫色半導体レーザＬＤ１からの波長λ１の第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数を０とし、この回折構造にレーザモジュールＬＭからの波長λ２の第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数を０とし、この回折構造にレーザモジュールＬＭからの波長λ３の第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数を±１とする。
ＢＤの第１情報記録面ＲＬ１に情報の記録／再生を行う場合、コリメートレンズＣＬを第１の光軸方向位置に変位させ、青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、ダイクロイックプリズムＰＰＳを透過し、コリメートレンズＣＬにより弱有限収束光束又は平行光束とされた後、絞りＳＴによりその光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによって厚さ０．０５ｍｍの保護基板ＰＬ１を介して、ＢＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。
情報記録面ＲＬ１上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、ダイクロイックプリズムＰＰＳを透過した後、第１の受光素子ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、第１の受光素子ＰＤ１の出力信号を用いて、２軸アクチュエータＡＣにより対物光学系ＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。
ＢＤの第２情報記録面ＲＬ１’に情報の記録／再生を行う場合、コリメートレンズＣＬを第１の光軸方向位置とは異なる第２の光軸方向位置に変位させ、青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、ダイクロイックプリズムＰＰＳを透過し、コリメートレンズＣＬにより平行光束又は弱有限発散光束とされた後、絞りＳＴによりその光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによって厚さ０．１ｍｍの保護基板ＰＬ１’を介して、ＢＤの情報記録面ＲＬ１’上に形成されるスポットとなる。
情報記録面ＲＬ１’上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、ダイクロイックプリズムＰＰＳを透過した後、第１の受光素子ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、第１の受光素子ＰＤ１の出力信号を用いて、２軸アクチュエータＡＣにより対物光学系ＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。
ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２に情報の記録／再生を行う場合、コリメートレンズＣＬを第１の光軸方向位置又は第２の光軸方向位置に変位させ、赤色半導体レーザＥＰ１から射出された第２光束（λ２＝６５８ｎｍ）の発散光束は、プリズムＰＳで反射された後、ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射され、コリメートレンズＣＬにより有限発散光束とされた後、対物光学系ＯＢＪに入射する。ここで、対物光学系ＯＢＪの中央領域と周辺領域により集光された（最周辺領域を通過した光束はフレア化され、スポット周辺部を形成する）光束は、厚さ０．６ｍｍの保護基板ＰＬ２を介して、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２に形成されるスポットとなり、スポット中心部を形成する。
情報記録面ＲＬ２上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射された後、その後、プリズムＰＳ内で２回反射された後、第２の受光素子ＤＳ１に収束する。そして、第２の受光素子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。
ＣＤの情報記録面ＲＬ３に情報の記録／再生を行う場合、コリメートレンズＣＬを第１の光軸方向位置又は第２の光軸方向位置に変位させ、赤外半導体レーザＥＰ２から射出された第３光束（λ３＝７８５ｎｍ）の発散光束は、プリズムＰＳで反射された後、ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射され、コリメートレンズＣＬにより有限発散光束とされた後、対物レンズＯＢＪに入射する。ここで、対物光学系ＯＢＪの中央領域により集光された光束は、厚さ１．２ｍｍの保護基板ＰＬ３を介して、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。なお、中央領域の外側の光束は、対物光学系ＯＢＪの手前に配置されているダイクロイックフィルター（図示せず）によって遮光され、対物レンズＯＢＪの周辺領域及び最周辺領域には入射しない。
情報記録面ＲＬ３上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射された後、その後、プリズム内で２回反射された後、第３の受光素子ＤＳ２に収束する。そして、第３の受光素子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。
以下、上述した実施の形態に用いることができる対物光学系の実施例を、比較例と対比して説明する。ここで説明する対物光学系は、本発明の回折素子と対物光学系が一体となった例である。尚、回折次数の符号は、比較例と実施例の断面図において、水平な光軸に沿って入射した光束が、光軸に近づく場合を＋とし、光軸から離れる場合を−とする。また、段差量ｄｉの符号は、比較例と実施例の断面図において、上方（光軸方向外側）に隣接するテラス面より右側（対物光学系の中心から離れる側）に向かう方向を＋とし、上方に隣接するテラス面より左側（対物光学系の中心に近づく側）に向かう方向を−とする。また、ブレーズ高さｈの符号は、比較例と実施例の断面図において、上方に隣接する斜面より右側に向かう方向を＋とし、上方に隣接する斜面より左側に向かう方向を−とする。実施例の断面図において、段差量ｄｉ、及び、ブレーズ高さｈの数値の後ろに記載されている符号は、上述したように段差量ｄｉ、及び、ブレーズ高さｈの符号を表す。尚、以下の比較例と実施例の階段状構造は、理解しやすいように平行平板上に形成されたものとして示しているが、単玉の対物光学系に形成する場合、その非球面形状に応じてテラス面が光軸方向にシフトすることとなる。
（比較例）
比較例は、テラス面が７つある７ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる輪帯回折溝を中央領域に備えた対物光学系であり、その形状データを表１に示す。図５は、比較例の対物光学系の光軸方向断面図である。比較例における階段型構造は、第１〜６番目の段差面の長さ＝０．８３９μｍであり、第７番目の段差面の長さ＝−５．０３２μｍである。比較例では、第１光束のメイン光である−１次回折光の回折効率は８９．２％、不要光である−２次回折光の回折効率は１．４％、第２光束の＋２次回折光の回折効率は６７．３％、第３光束の＋３次回折光の回折効率は５２．４％である。従って、不要光の光強度が比較的高く、ＢＤの第１情報記録面に対して情報の記録／再生を行う際にエラー信号を発生させる恐れがある。
（実施例１）
実施例１は、比較例に類似してテラス面が７つある７ステップの階段型構造を元にして、最も対物光学系の中心に近いテラス面ＴＲＯから数えて４番目から７番目のテラス面（図６に点線で示す）をシフト量Δ＝７．２３０μｍだけ光軸方向に沿って対物レンズの中心側にシフトしてなる構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる輪帯回折溝を中央領域に備えた対物光学系であり、その形状データを表２に示す。図６は、実施例１の対物レンズの光軸方向断面図である。実施例１の階段型構造は、第１、２番目の段差面の長さ＝０．８３２μｍであり、第３番目の段差面の長さ＝−６．３９９μｍであり、第４〜６番目の段差面の長さ＝０．８３２μｍであり、第７番目の段差面の長さ＝２．２４１μｍである。明らかであるが、隣接するテラス面同士の段差面のうち最大の長さを有する段差面ｄ３と、２番目に大きな長さを有する段差面ｄ７との間に、２つの段差面（長さｄ１、ｄ２）が配置されている。尚、実施例１（後述する実施例２も同様）のステップ周期構造も、見方を変えれば、隣接するステップ単位にまたがる７ステップの階段型構造を１単位として、周期的に繰り返してなるステップ周期構造ということもできる。
ここで、階段型構造を通過した光束の波面について説明する。図７に示すように、階段型構造を通過した波長λ１＝４０５ｎｍの第１光束の平均波面の進行方向は、図７の太線で示すように、入射光の進行方向に対して変化することとなる。このとき、段差面の長さ＝０．８３２μｍで光軸に沿ってシフトした隣接するテラス面を通過した波面は、それぞれ−０．１５λ１波長ずつずれてゆき（最後は−０．１０λ１）、ステップ単位内の第１番目のテラス面と、それに隣接するステップ単位内の第１番目のテラス面を通過した光束の波面同士では、−１×λ１波長ずれることとなるため（ΣΦ１ｊ＝−１）、階段型構造を通過した第１光束の回折次数は−１次となる。
一方、図８に示すように、階段型構造を通過した波長λ２＝６５５ｎｍの第２光束の平均波面の進行方向は、入射光の進行方向に対して変化することとなる。このとき、段差面の長さ＝０．８３２μｍで光軸に沿ってシフトした隣接するテラス面を通過した波面は、それぞれ０．３１９λ２波長ずつずれてゆき、ステップ単位内の第１番目のテラス面と、それに隣接するステップ単位内の第１番目のテラス面を通過した光束の波面同士では、＋２×λ２波長ずれることとなるため（ΣΦ２ｊ＝＋２）、階段型構造を通過した第２光束の回折次数は＋２次となる。同様に、階段型構造を通過した第３光束の回折次数は＋３次となる（ΣΦ３ｊ＝＋３）。
実施例１の階段型構造において、以下の式を満たす。
｜ΣΦ１ｊ｜＝１
｜ΣΦ２ｊ｜＝２
｜ΣΦ３ｊ｜＝３
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、１つのステップ周期構造内に存在する段差面の長さを、第１段差面ｄ１、第２段差面ｄ２、第３段差面ｄ３、・・・・、第ｊ段差面ｄｊ（但しｊ＝７）としたとき、各段差面により発生する波長λｉ（μｍ）（ｉ＝１、２、３）の位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝（ｄｊ／λｉ）×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差面：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。
又、ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記３種類の段差面、及び、前記波長λ１は以下の式を満たす。
０．１３≦｜ΦＬ｜≦０．１７
０．１３≦｜ΦＳ｜≦０．１７
０．０７≦｜ΦＭ｜≦０．１３
３９０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
但し、ΦＬは長さが最大の段差面Ｌにより発生する波長λ１の位相差であり、ΦＳは長さが最小の段差面Ｓにより発生する波長λ１の位相差であり、ΦＭは長さが中間の段差面Ｍにより発生する波長λ１の位相差である。
ここで、
ΦＬ＝φＬ−ＲＯＵＮＤ（φＬ）
φＬ＝（ｄＬ／λ１）×（ｎ１−１）
ΦＳ＝φＳ−ＲＯＵＮＤ（φＳ）
φＳ＝（ｄＳ／λ１）×（ｎ１−１）
ΦＭ＝φＭ−ＲＯＵＮＤ（φＭ）
φＭ＝（ｄＭ／λ１）×（ｎ１−１）
前記波長λ１（μｍ）における前記回折素子の屈折率：ｎ１
段差量が最大の段差面Ｌの長さ：ｄＬ（μｍ）
段差量が最小の段差面Ｓの長さ：ｄＳ（μｍ）
段差量が中間の段差面Ｍの長さ：ｄＭ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。
実施例１では、シフト量Δ＝−７．２３０μｍであり、３番目のテラス面と４番目のテラス面との間が、段差量が最大の段差面Ｌであり、７番目のテラス面と１番目のテラス面との間が、段差量が中間の段差面Ｍであり、それ以外は段差量が最小の段差面Ｓであり、ｄＬ＝−６．３９９μｍ、ｄＳ＝０．８３２μｍ、ｄＭ＝２．２４１μｍ、ｎ１＝１．５６、｜φΔ｜＝１０である。又、長さが最大の段差面Ｌの数と、長さが最小の段差面Ｓの数と、長さが中間の段差面Ｍの数の比は、１：５：１である。更に、長さが最小の段差面Ｓと長さが中間の段差面Ｍは、長さの符号が互いに同じ（＋と＋）であり、長さが最大の段差面Ｌと長さが最小の段差面Ｓは、長さの符号が互いに異なる（−と＋）。
実施例１では、第１光束のメイン光である−１次回折光の回折効率は９２．７％、不要光である−２次回折光の回折効率は０．２％、第２光束の＋２次回折光の回折効率は７１．６％、第３光束の＋３次回折光の回折効率は５１．５％である。比較例と比較すると、第１光束の不要光の光強度が低下するので、ＢＤの第１情報記録面に対して情報の記録／再生を行う際にエラー信号の発生を抑制できる。加えて、ＤＶＤの情報記録面に対して情報の記録／再生を行う際に用いる第２光束の光強度を増大できる。一方、ＣＤの情報記録面に対して情報の記録／再生を行う際に用いる第３光束の光強度は殆ど変わらない。
（実施例２）
実施例２は、実施例１と同様に、テラス面が７つある７ステップの階段型構造を元にして、最も対物光学面の中心に近いテラス面ＴＲＯから数えて５番目から７番目のテラス面（図９に点線で示す）をシフト量Δ＝７．２３０μｍだけ光軸方向に沿って対物光学面の中心側にシフトしてなる構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる輪帯回折溝を中央領域に備えた対物光学系であり、その形状データを表３に示す。図９は、実施例２の対物光学系の光軸方向断面図である。実施例２の階段型構造は、第１〜３番目の段差面の長さ＝０．８３２μｍであり、第４番目の段差面の長さ＝−６．３９９μｍであり、第５、６番目の段差面の長さ＝０．８３２μｍであり、第７番目の段差面の長さ＝２．２４１μｍである。明らかであるが、隣接するテラス面同士の段差面のうち最大の長さを有する段差面ｄ４の段差面と、２番目に大きな長さを有する段差面ｄ７との間に、２つの段差面（長さｄ５，ｄ６）が配置されている。
実施例２においても、第１光束のメイン光である−１次回折光の回折効率は９２．７％、不要光である−２次回折光の回折効率は０．２％、第２光束の＋２次回折光の回折効率は７１．６％、第３光束の＋３次回折光の回折効率は５１．５％である。
実施例２の階段型構造において、以下の式を満たす。
｜ΣΦ１ｊ｜＝１
｜ΣΦ２ｊ｜＝２
｜ΣΦ３ｊ｜＝３
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、１つのステップ周期構造内に存在する段差面の長さを、第１段差面ｄ１、第２段差面ｄ２、第３段差面ｄ３、・・・・、第ｊ段差面ｄｊ（但しｊ＝７）としたとき、各段差面により発生する波長λｉ（μｍ）（ｉ＝１、２、３）の位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝（ｄｊ／λｉ）×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差面：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。
又、ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記３種類の段差面、及び、前記波長λ１は以下の式を満たす。
０．１３≦｜ΦＬ｜≦０．１７
０．１３≦｜ΦＳ｜≦０．１７
０．０７≦｜ΦＭ｜≦０．１３
３９０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
但し、ΦＬは長さが最大の段差面Ｌにより発生する波長λ１の位相差であり、ΦＳは長さが最小の段差面Ｓにより発生する波長λ１の位相差であり、ΦＭは長さが中間の段差面Ｍにより発生する波長λ１の位相差である。
ここで、
ΦＬ＝φＬ−ＲＯＵＮＤ（φＬ）
φＬ＝（ｄＬ／λ１）×（ｎ１−１）
ΦＳ＝φＳ−ＲＯＵＮＤ（φＳ）
φＳ＝（ｄＳ／λ１）×（ｎ１−１）
ΦＭ＝φＭ−ＲＯＵＮＤ（φＭ）
φＭ＝（ｄＭ／λ１）×（ｎ１−１）
前記波長λ１（μｍ）における前記回折素子の屈折率：ｎ１
段差量が最大の段差面Ｌの長さ：ｄＬ（μｍ）
段差量が最小の段差面Ｓの長さ：ｄＳ（μｍ）
段差量が中間の段差面Ｍの長さ：ｄＭ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。
実施例２では、シフト量Δ＝−７．２３０μｍであり、４番目のテラス面と５番目のテラス面との間が、段差量が最大の段差面Ｌであり、７番目のテラス面と１番目のテラス面との間が、段差量が中間の段差面Ｍであり、それ以外は段差量が最小の段差面Ｓであり、ｄＬ＝−６．３９９μｍ、ｄＳ＝０．８３２μｍ、ｄＭ＝２．２４１μｍ、ｎ１＝１．５６、｜φΔ｜＝１０である。又、長さが最大の段差面Ｌの数と、長さが最小の段差面Ｓの数と、長さが中間の段差面Ｍの数の比は、１：５：１である。更に、長さが最小の段差面Ｓと長さが中間の段差面Ｍは、長さの符号が互いに同じ（＋と＋）であり、長さが最大の段差面Ｌと長さが最小の段差面Ｓは、長さの符号が互いに異なる（−と＋）。
ＡＣ 二軸アクチュエータ
ＰＰＳ ダイクロイックプリズム
ＣＬ コリメートレンズ
ＬＤ１ 青紫色半導体レーザ
ＬＭ レーザモジュール
ＯＢＪ 対物光学系
ＰＬ１、ＰＬ１’ 第１光ディスクの保護基板
ＰＬ２ 第２光ディスクの保護基板
ＰＬ３ 第３光ディスクの保護基板
ＰＵ１ 光ピックアップ装置
ＲＬ１、ＲＬ１’ 第１光ディスクの情報記録面
ＲＬ２ 第２光ディスクの情報記録面
ＲＬ３ 第３光ディスクの情報記録面

Claims (11)

  1. 波長λ１の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３光源と、対物光学系と、光検出器と、前記光源と前記光検出器との間の光路内に配置され、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子とを有し、前記第１光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に用いる回折素子であって、
    前記第１光ディスク、及び／又は、前記第２光ディスクは、厚み方向に積層された複数の情報記録面を有し、
    前記回折素子は、前記第１光ディスク、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの保護層の厚みに起因して発生する球面収差を補正するための回折構造を有し、
    前記回折構造は、前記回折素子の光軸に略平行に延在する７つの段差面と、前記段差面と交差する７つのテラス面とを有すると共に、隣接する前記テラス面が前記回折素子の光軸方向に順次シフトしてなる階段状構造を元にして、４番目から７番目又は５番目から７番目のテラス面を所定量だけ光軸方向に沿ってシフトしてなるステップ単位を、前記回折素子の光軸に交差する方向に沿って複数個配置したステップ周期構造であって、
    前記回折構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、−１次回折光が最大の回折光量を有し、前記回折構造に前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、＋２次回折光が最大の回折光量を有し、前記回折構造に前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、＋３次回折光が最大の回折光量を有することを特徴とする回折素子。
  2. 前記ステップ周期構造において、４番目から７番目又は５番目から７番目のテラス面の所定量だけ光軸方向に沿ってシフトした際のシフト量をΔ（μｍ）としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の回折素子。
    ９．８＜｜φΔ｜＜１０．２
    但し、φΔはシフト量Δにより発生する波長λ１（μｍ）の光路差である。
    ここで、
    φΔ＝（Δ／λ１）×（ｎ１−１）
    ｎ１：前記波長λ１における前記回折素子の屈折率
  3. 波長λ１の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３光源と、対物光学系と、光検出器と、前記光源と前記光検出器との間の光路内に配置され、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子とを有し、前記第１光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３光源からの光束を、前記回折素子、及び、前記対物光学系により第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に用いる回折素子であって、
    前記第１光ディスク、及び／又は、前記第２光ディスクは、厚み方向に積層された複数の情報記録面を有し、
    前記回折素子は、前記第１光ディスク、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクの保護層の厚みに起因して発生する球面収差を補正するための回折構造を有し、
    前記回折構造は、前記回折素子の光軸に略平行に延在する７つの段差面と、前記段差面と交差する７つのテラス面とを有すると共に、隣接する前記テラス面が前記回折素子の光軸方向に順次シフトしてなる階段状構造を、前記回折素子の光軸に交差する方向に沿って複数個配置したステップ周期構造であって、
    前記回折構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、−１次回折光が最大の回折光量を有し、前記回折構造に前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、＋２次回折光が最大の回折光量を有し、前記回折構造に前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、＋３次回折光が最大の回折光量を有し、
    前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記長さが最大の段差面Ｌと、前記長さが中間の段差面Ｍの間に、前記長さが最小の段差面Ｓが２つ、又は、３つ存在することを特徴とする回折素子。
  4. 前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記３種類の段差面、及び、前記波長λ１は以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折素子。
    ０．１３≦｜ΦＬ｜≦０．１７
    ０．１３≦｜ΦＳ｜≦０．１７
    ０．０７≦｜ΦＭ｜≦０．１３
    ３９０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
    但し、ΦＬは長さが最大の段差面Ｌにより発生する波長λ１の位相差であり、ΦＳは長さが最小の段差面Ｓにより発生する波長λ１の位相差であり、ΦＭは長さが中間の段差面Ｍにより発生する波長λ１の位相差である。
    ここで、
    ΦＬ＝φＬ−ＲＯＵＮＤ（φＬ）
    φＬ＝（ｄＬ／λ１）×（ｎ１−１）
    ΦＳ＝φＳ−ＲＯＵＮＤ（φＳ）
    φＳ＝（ｄＳ／λ１）×（ｎ１−１）
    ΦＭ＝φＭ−ＲＯＵＮＤ（φＭ）
    φＭ＝（ｄＭ／λ１）×（ｎ１−１）
    前記波長λ１（μｍ）における前記回折素子の屈折率：ｎ１
    段差量が最大の段差面Ｌの長さ：ｄＬ（μｍ）
    段差量が最小の段差面Ｓの長さ：ｄＳ（μｍ）
    段差量が中間の段差面Ｍの長さ：ｄＭ（μｍ）
    任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
  5. 前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記３種類の段差面、及び、前記波長λ１における前記回折素子の屈折率ｎ１が以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折素子。
    ６．００＜｜ｄＬ｜＜６．８０
    ０．７３＜｜ｄＳ｜＜０．９３
    ２．００＜｜ｄＭ｜＜２．４０
    １．５４＜ｎ１＜１．５８
  6. 前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記３種類の段差面、及び、前記波長λ１における前記回折素子の屈折率ｎ１が以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折素子。
    ６．４０＜｜ｄＬ｜＜７．２０
    ０．７９＜｜ｄＳ｜＜０．９９
    ２．２０＜｜ｄＭ｜＜２．６０
    １．５０＜ｎ１＜１．５４
  7. 前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記長さが最大の段差面Ｌの数と、前記長さが最小の段差面Ｓの数と、前記長さが中間の段差面Ｍの数の比は、略１：５：１であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の回折素子。
  8. 前記ステップ周期構造内に存在する段差面は、長さが最大の段差面Ｌと、長さが最小の段差面Ｓと、長さが中間の段差面Ｍ、の３種類に分類され、前記長さが最小の段差面Ｓと前記長さが中間の段差面Ｍは、長さの符号が互いに同じであり、前記長さが最大の段差面Ｌと前記長さが最小の段差面Ｓは、長さの符号が互いに異なることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の回折素子。
  9. 以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の回折素子。
    ｜ΣΦ１ｊ｜＝１
    ｜ΣΦ２ｊ｜＝２
    ｜ΣΦ３ｊ｜＝３
    但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、１つのステップ周期構造内に存在する段差面の長さを、第１段差面ｄ１、第２段差面ｄ２、第３段差面ｄ３、・・・・、第ｊ段差面ｄｊ（但しｊ＝７）としたとき、各段差面により発生する波長λｉ（μｍ）（ｉ＝１、２、３）の位相差である。
    ここで、
    Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
    φｉｊ＝（ｄｊ／λｉ）×（ｎｉ−１）
    ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
    波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
    第ｊ段差面：ｄｊ（μｍ）
    任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
  10. 前記回折素子は前記対物光学系と一体化されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の回折素子。
  11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の回折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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