JP5136810B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

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及びそれに用いる対物光学素子に関する。

近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／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。

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素子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素子を得るためには、球面収差の波長依存性を有する回折構造を対物光学系に形成することで、波長の違いや保護層の厚みの違いにより発生する球面収差を低減する必要がある。

特許文献１には、高密度光ディスクと従来のＤＶＤ及びＣＤに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行う対物光学素子が記載されている。

特許第４０３３２３９号明細書

ところで、一般的にＢＤに対して情報の記録／再生に用いる光束の波長は４０５ｎｍと、ＤＶＤやＣＤに対して情報の記録／再生に用いる光束の波長６５５ｎｍに比して短く、またＢＤ用の対物レンズのＮＡは０．８５と、ＤＶＤ用の対物レンズのＮＡ０．６０に比して高ＮＡである。従って、例えば光源に波長変動が生じたような場合、ＢＤ使用時にはＤＶＤ使用時に対して、発生する球面収差がより大きくなる。具体的に例を示すと、単純にＮＡと波長の比だけで換算するならば、球面収差はＮＡの４乗に比例するため、ＢＤ使用時にはＤＶＤ使用時に対して、（０．８５／０．６０）^４＊６６０／４０５＝約６倍の球面収差を持つことになることから、何らかの手段によりその補正を行うことが必要となる。

ここで、回折構造を用いることで、波長変動に応じて発生する球面収差を補正することもできる。ところが、異なる光ディスクの情報記録面に共通して光束を集光する互換用の対物光学素子の場合、双方の光束が共通して記録／再生に用いられる共用領域に設ける互換用の回折構造は、互換を達成するためにその仕様が決まってしまうため、波長変動に応じた球面収差の制御は、ほとんどできないという問題がある。特に、低コスト化を促進すべく互換用の対物光学素子を単玉とした場合には、複数枚のレンズからなる対物光学素子や、ＢＤ専用の対物光学素子に比して、更に回折構造の設計の自由度が制限されるために、波長変動に応じた球面収差が増大する可能性も高くなるという問題がある。

これに対し、例えば光源と対物レンズとの間に配置したコリメートレンズを光軸方向に移動させることで倍率変更を行い、それによる球面収差の補正を利用することに本発明者は着目した。このように光軸方向に変位可能なコリメートレンズは、多層式の光ディスクに対して情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置には標準的に装備されていることが多いので、これを流用することで余分なコストの増大を抑制できるというメリットもある。

ここで球面収差には、３次球面収差、５次球面収差、及び７次以上の高次球面収差があり、このうち集光スポットの形状に影響を与えるのは、主として３次球面収差と５次球面収差である。倍率変更を行った場合、３次球面収差、５次球面収差および７次以上の球面収差は同じ方向に変化し、変化量としては３次球面収差＞５次球面収差＞７次球面収差＞・・・というように高次になるほど減少していく傾向がある。加えて、７次以上の高次球面収差の変化量は３次及び５次球面収差の変化量に比して微小であるため、倍率変化によって３次球面収差と５次球面収差のみを変化させることができると言っても差し支えない。

しかるに、特許文献１において３次球面収差と５次球面収差を共に補正するという課題は記載されておらず、ましてや、当該補正に倍率変更を用いることも開示されていない。また、例えば特許文献１の対物光学素子においては、高次の回折構造を用いている。しかし、高次の回折構造を用いると波長や温度が変動した時に回折効率の変動が大きくなるため扱いづらい光ピックアップ装置となってしまうという問題がある。これを具体的に説明する。回折構造の形状を、波長λ_０のときｍ_０次回折光に対して最適化して設計したとき、波長λの光が位相差付与構造を透過したときのｍ_０次の回折効率η_ｍ０は下記式で表される。

数１をグラフ化して示す図１において、基準波長λ_０＝４０５ｎｍに対し例えば±１０ｎｍの光束を入射させた場合において、２次回折光の効率低下は１％程度であるが、５次回折光の効率低下は５％程度であり、更に８次回折光の効率低下は１３％程度にもなる。回折光の効率低下が著しいと、光ディスクに適切に情報の記録及び／又は再生を行えない恐れがある。

本発明は、上述の問題を考慮したものであり、光源波長変動時の球面収差劣化を良好に補正でき、波長変化時、温度変化時における回折効率の変動も小さく抑えて、異なる光ディスク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を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光ピックアップ装置は、波長λ₁（３７５ｎｍ≦λ₁≦４３５ｎｍ）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、対物光学素子と、コリメートレンズと、ビームスプリッタと、を有し、前記対物光学素子は、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、
前記対物光学素子は、単玉であって、光軸を含む中心領域と、その周囲に設けられた周辺領域とを少なくとも有し、前記中心領域には中心領域回折構造が形成されており、
前記中心領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記中心領域を通過した 前記第２光束は前記第２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され、
前記周辺領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記周辺領域を通過した前記第２光束は前記第２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されず、
前記波長λ₁の範囲における異なる２波長λ₁₁、λ₁₂（ただしλ₁₁＜λ₁₂、且つλ₁₂−λ₁₁＝５ｎｍ）の光束を前記対物光学素子に入射させて、波面収差を測定したときに得られる３次、５次の球面収差を、それぞれＳＡ３（λ₁₁）、ＳＡ５（λ₁₁）、ＳＡ３（λ₁₂）、ＳＡ５（λ₁₂）［単位：λｒｍｓ］とすると、以下の式（１’）を満たし、
前記コリメートレンズは単玉であり、
かつ前記第１光ディスクは２層又は多層の光ディスクであって、
前記コリメータレンズを光軸方向に移動させることで、前記第１光源の波長変動に対する球面収差補正と、前記２層又は多層の光ディスクの情報の記録／再生を行うための球面収差補正と、の両方を行うことを特徴とする。
０．１３＞ΔＳＡ３＞０．０３＞ΔＳＡ５＞０ （１’）
ここで、ΔＳＡ３＝｜ＳＡ３（λ₁₂）−ＳＡ３（λ₁₁）｜
ΔＳＡ５＝｜ＳＡ５（λ₁₂）−ＳＡ５（λ₁₁）｜
である。

倍率補正では３次球面収差（ＳＡ３）も５次球面収差（ＳＡ５）も同極性に変動し、その変動量の絶対値はＳＡ３＞ＳＡ５であるため、０．１８＞ΔＳＡ３＞ΔＳＡ５＞０とすることで、光源の波長変動が生じた場合に発生する３次球面収差と５次球面収差を、一方向（収束角の増大又は発散角の増大）の倍率変更を用いて同時に減少させることができる。特に、（１）式を満たすようにすれば、倍率変更のみにより３次球面収差と５次球面収差を最適に補正することができるので、かかる対物光学素子を用いることで光ピックアップ装置がより簡素化されることとなる。尚、ＳＡ３（λ_１２）−ＳＡ３（λ_１１）の値、および、ＳＡ５（λ_１２）−ＳＡ５（λ_１１）の値が共に負である場合と、共に正である場合とがある。対物光学素子がプラスチックレンズである場合に、ＳＡ３（λ_１２）−ＳＡ３（λ_１１）の値、および、ＳＡ５（λ_１２）−ＳＡ５（λ_１１）の値が負であると、温度変化時の球面収差の変化量を小さくできるため好ましい。一方で、ＳＡ３（λ_１２）−ＳＡ３（λ_１１）の値、および、ＳＡ５（λ_１２）−ＳＡ５（λ_１１）の値が正であると、高次の回折構造を用いる可能性を減らすことができ、波長や温度が変動した時に回折効率の変動が大きくなることをより防止できるため好ましい。

また、例えばＢＤのピックアップ装置において一般的な光学系倍率１１倍となる対物光学素子とコリメータの組み合わせであれば、コリメータの移動量に対する球面収差の変化量はＳＡ３の場合、およそ０．１７λｒｍｓ／ｍｍ、ＳＡ５の場合、およそ０．０３λｒｍｓ／ｍｍであるため、波長変化に対する球面収差の変動量が（１）式の範囲であれば、コリメータ移動量は１ｍｍ程度であり、これは光ピックアップ装置の小型化の弊害となるような値ではない。その上、上記のようなコリメータ移動感度であれば、数十ミクロンオーダーでの制御で十分であるため、精密な駆動制御が不要となりコストの低減を図れる。

更に、０．１３＞ΔＳＡ３＞０．０８及び０．０３＞ΔＳＡ５＞０を共に満たすと、対物光学素子がプラスチックレンズである場合に温度変化時に発生する収差も低減できるため好ましい。特に、中央領域回折構造が後述する単一の階段型構造のみからなるものではなく、ブレーズ型構造等、２種類の構造を重畳して設けている場合、温度変化時に発生する収差を低減するように設計できる自由度が大きいため、０．１３＞ΔＳＡ３＞０．０８及び０．０３＞ΔＳＡ５＞０を共に満たしやすくなる。一方で、中央領域回折構造が単一の階段型構造のみからなる場合は、０．０９＞ΔＳＡ３＞０．０３＞ΔＳＡ５＞０を満たすことが好ましい。

請求項２に記載の対物光学素子は、請求項１に記載の発明において、ΔＳＡ３：ΔＳＡ５＝α：１であることを特徴とする。ただし、前記αは、４≦α≦９を満たす。

コリメータ移動等による倍率補正において、ＳＡ３とＳＡ５が変化する割合が大凡６：１であることが本発明者の鋭意研究の結果見出された。従って、周辺領域を最適化することによって互換性能を維持しつつ、ΔＳＡ３：ΔＳＡ５＝α：１（４≦α≦９）を満たすことで、波長変動が生じた場合であっても、倍率変換のみで良好に球面収差を補正することが可能となる。好ましくは、５≦α≦９を満たすことである。

請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、波長λ₃（λ₂＜λ₃）の第３光束を出射する第３光源を更に有し、
前記第３光束を厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学素子であり、
前記対物光学素子は、前記中心領域と前記周辺領域の間に設けられた中間領域を有しており、
前記中心領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記中心領域を通過した前記第２光束は前記第２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され、前記中心領域を通過した前記第３光束は前記第３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され、
前記中間領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記中間領域を通過した前記第２光束は前記第２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され、前記中間領域を通過した前記第３光束は前記第３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されず、
前記周辺領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記周辺領域を通過した前記第２光束は前記第２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されず、前記周辺領域を通過した前記第３光束は前記第３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されないようになっていることを特徴とする。

３つの異なる光ディスクに対して情報の記録／再生を行う際に共通して前記対物光学素子を用いる場合、互換を実現するために対物光学素子の設計が更に制限されて自由度が減少し、波長変動に応じて球面収差が悪化する可能性がより増大する。そのような互換用対物光学素子であっても、本発明を適用することで、波長変動に応じた球面収差の補正を容易に行うことができる。

なお、上記光ピックアップ装置において、前記波長λ₁₁、λ₁₂（λ₁₁＜λ₁₂）の光束を前記対物光学素子に入射させて、測定することにより得られた波面収差を、それぞれＷ（λ₁₁）、Ｗ（λ₁₂）としたとき、以下の式を満たすことが望ましい。（２）式は、ΔＳＡ３：ΔＳＡ５＝α：１（４≦α≦９）（好ましくは、５≦α≦９）に基づき、ツェルニケの多項式より導き出される。
ΔＷ＝Ｗ（λ₁₂）−Ｗ（λ₁₁）
ΔＷ＝Ｃ_SAL（２０ρ⁶＋６βρ⁴−６（３＋β）ρ²＋（４＋β））＋ＳＡＨ （２）
ただし、
Ｗ：波面収差（ベストフォーカスにおける）［λｒｍｓ］
ρ：相対瞳径（有効径の中心を０、最外高さを１とする）
Ｃ_SAL：低次球面収差係数
ＳＡＨ：７次以上の球面収差のトータル量［λｒｍｓ］
β：０≦β≦４の範囲における任意の値
なお、ＳＡＨは、
ＳＡＨ＝（ＳＡ７²＋ＳＡ９²＋ＳＡ１１²＋…）^1/2
で計算できる。

なお、上記光ピックアップ装置において、以下の式、
−０．０３０≦ＳＡＨ≦０．０３０ （３）
を満たすことがさらに望ましい。

ＳＡＨの値が（３）式を満たす範囲にあれば、いわゆるマレシャル限界０．０７０λｒｍｓより十分小さいため、適切な情報の記録及び／又は再生を行うことができる。加えて、７次以上の球面収差を低減することが可能となり、光量の損失を低減させることが可能となる。

なお、上記光ピックアップ装置において、以下の式、
０．００＜Ｃ_SAL＜０．０３ （４）
を満たすことがさらに望ましい。

低次球面収差係数Ｃ_ＳＡＬが（４）式を満たす範囲にあれば、波長変動時の球面収差を補正するために倍率変化を与える際に、例えばコリメートレンズの移動量の分解能をある程度大きくできるので、精密な駆動制御を不要とでき、コスト低減を図れる。尚、以下の式、
０．０１＜Ｃ_ＳＡＬ＜０．０３ （４’）
を満たすと、より好ましい。

請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の発明において、前記中心領域回折構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次以外の次数の回折光が最大の回折光量を有することを特徴とする。

前記第１光束が入射した場合に発生する回折光として、０次以外の次数の回折光を用いるので、本発明の対物光学素子は、第１光ディスク専用の対物光学素子とは形状・性能共に異なるものとなる。従って、波長変動に応じた球面収差が悪化する可能性が増大する。そのような対物光学素子であっても、本発明を適用することで、波長変動に応じた球面収差の補正を容易に行うことができる。

請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の発明において、以下の式、
０≦｜Ｎ＊ｄ（ｎ−１）／λ₁｜≦５０ （５）
但し、
ｄ：前記周辺領域に設けられた回折構造の平均輪帯段差［ｎｍ］
ｎ：前記対物光学素子の素材の波長λ１における屈折率
λ₁：前記第１光束の波長［ｎｍ］
Ｎ：前記周辺領域に設けられた回折構造の輪帯数
を満たすことを特徴とする。

（５）式を満たすようにすれば、回折のパワーが小さいために回折効率に与える影響も少なく、ΔＳＡ３：ΔＳＡ５＝α：１（４≦α≦９）を満たしやすくなる。尚、５≦α≦９を満たすためには、０≦｜Ｎ＊ｄ（ｎ−１）／λ_１｜≦２５を満たすことが好ましい。周辺領域に回折構造を設ける場合、特に好ましくは、８≦｜Ｎ＊ｄ（ｎ−１）／λ_１｜≦１８である。

請求項６に記載の光ピックアップ装置は、請求項５に記載の発明において、前記周辺領域は屈折面であることを特徴とする。

請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項５に記載の発明において、前記周辺領域は回折構造を有することを特徴とする。

なお、上記光ピックアップ装置は、波長λ₃（λ₂＜λ₃）の第３光束を出射する第３光源を更に有し、
前記対物光学素子は、前記第３光束を厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させ、
前記対物光学素子は、前記中心領域と前記周辺領域の間に設けられた中間領域を有しており、
前記中心領域を通過した前記第１光束は前記第１光ディスクの情報記録面上に集光され、前記中心領域を通過した前記第２光束は前記第２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情報の記録及び／又は再生ができるように集光され、前記中心領域を通過した前記第３光束は前記第３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され、
前記中間領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記中間領域を通過した前記第２光束は前記第２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され、前記中間領域を通過した前記第３光束は前記第３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されず、
前記周辺領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記周辺領域を通過した前記第２光束は前記第２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されず、前記周辺領域を通過した前記第３光束は前記第３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されないようになっていることが望ましい。

なお、上記光ピックアップ装置は、前記第１光源と前記対物光学素子との間に設けられた倍率変更手段を有することが望ましい。

倍率変更手段としては、コリメートレンズ等のカップリングレンズと当該カップリングレンズを光軸方向に駆動する駆動手段との組み合わせが好ましい。なぜなら、２層や多層の光ディスクに対応可能な光ピックアップ装置には、２層や多層に対応するためにカップリングレンズを光軸方向に可動する機構が標準的に装備されていることが多く、当該機構を兼用することが可能となり、光ピックアップ装置のコスト上昇を抑えることができるからである。カップリングレンズとしては、偏心調整が容易で製造しやすい単玉のコリメートレンズが好ましい例として挙げられるが、コリメートレンズ以外の単玉カップリングレンズや、複数枚からなるカップリングレンズ、ビームエキスパンダ、リレーレンズ等を用いてもよい。尚、単玉コリメートレンズを光軸方向に移動させる場合であって、ＳＡ３（λ_１２）−ＳＡ３（λ_１１）の値、および、ＳＡ５（λ_１２）−ＳＡ５（λ_１１）の値が共に負である場合は、波長が長くなった際に、コリメートレンズを対物光学素子に近づけるように動かすことが好ましい。一方で、単玉コリメートレンズを光軸方向に移動させる場合であって、ＳＡ３（λ_１２）−ＳＡ３（λ_１１）の値、および、ＳＡ５（λ_１２）−ＳＡ５（λ_１１）の値が共に正である場合は、波長が長くなった際に、コリメートレンズを対物光学素子から遠ざけるように動かすことが好ましい。他の例としては、レンズの移動量を抑える観点からは、正レンズと負レンズのカップリングレンズとし、正レンズのみ光軸方向に動かす態様も好ましい一態様としてあげられる。また、倍率変更手段として、液晶装置等を用いてもよい。

本発明に係る光ピックアップ装置は、第１光源、第２光源の少なくとも２つの光源を有するが、第３光源を有していても良い。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るための集光光学系を有するが、更に当該集光光学系によって第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光させるようにしても良い。また、本発明の光ピックアップ装置は、第１光ディスク又は第２光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有するが、更に、第３光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有していても良い。即ち、本発明は、２つの光源しか有さず、第１光ディスクと第２光ディスクの２つのディスクに対応する光ピックアップ装置及びそれに用いられる対物レンズに適用されると共に、３つの光源を有し、第１光ディスク、第２光ディスクに加えて、第３光ディスクに対応する光ピックアップ装置及びそれに用いられる対物レンズにも適用される。勿論、４種類以上の光ディスクに対応する光ピックアップ装置及びそれに用いられる対物レンズにも適用される。

第１光ディスクは、厚さｔ１の保護基板と情報記録面とを有する。第２光ディスクは、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板と情報記録面とを有する。第３光ディスクは、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板と情報記録面とを有する。第１光ディスクはＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）、第２光ディスクはＤＶＤである事が好ましく、第３光ディスクはＣＤであることが好ましいが、これに限られない。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。尚、保護基板の厚さというときは、０の場合も含み、或いは光ディスクに厚さ数〜数十μｍの保護膜が塗布されている場合には、その膜厚も含むものとする。

ＢＤは、ＮＡ０．８５の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．１ｍｍ程度である。更に、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、本明細書においては、ＣＤとは、ＮＡ０．４５〜０．５３程度の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが１．２ｍｍ程度であるＣＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等を含む。尚、記録密度については、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、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の条件式（６）、（７）、（８）、
０．０７５０ｍｍ≦ｔ１≦０．１１２５ｍｍ （６）
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ （７）
１．０ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ （８）
を満たすことが好ましいが、これに限られない。尚、ここで言う、保護基板の厚さとは、光ディスク表面に設けられた保護基板の厚さのことである。即ち、光ディスク表面から、表面に最も近い情報記録面までの保護基板の厚さのことをいう。

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λ_１、第２光源から出射される第２光束の第２波長λ_２（λ_２＞λ_１）、第３光源から出射される第３光束の第３波長λ_３（λ_３＞λ_２）は以下の条件式（９）、（１０）、
１．５×λ_１＜λ_２＜１．７×λ_１ （９）
１．８×λ_１＜λ_３＜２．０×λ_１ （１０）
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λ_１は好ましくは、３７５ｎｍ以上、４３５ｎｍ以下、より好ましくは、３９０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下であって、第２光源の第２波長λ_２は好ましくは５７０ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下、より好ましくは６３０ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下であって、第３光源の第３波長λ_３は好ましくは、７５０ｎｍ以上、８５０ｎｍ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素子を移動させることが出来る。受光素子は、複数の光検出器からなっていてもよい。受光素子は、メインの光検出器とサブの光検出器を有していてもよい。例えば、情報の記録再生に用いられるメイン光を受光する光検出器の両脇に２つのサブの光検出器を設け、当該２つのサブの光検出器によってトラッキング調整用のサブ光を受光するような受光素子としてもよい。また、受光素子は各光源に対応した複数の受光素子を有していてもよい。

集光光学系は、対物光学素子を有する。集光光学系は、対物光学素子の他にコリメートレンズ等のカップリングレンズを有していることが好ましい。カップリングレンズとは、対物光学素子と光源の間に配置され、光束の発散角を変える単レンズ又はレンズ群のことをいう。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。本明細書において、倍率変更を行う倍率変更手段としては、コリメートレンズ等のカップリングレンズを光軸方向に移動させるものの他、光源を光軸方向に移動させる構成も含む。

更に集光光学系は、光源から射出された光束を、情報の記録再生に用いられるメイン光束と、トラッキング等に用いられる二つのサブ光束とに分割する回折光学素子などの光学素子を有していてもよい。本明細書において、対物光学素子とは、光ピックアップ装置に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。対物光学素子は、ガラスレンズであってもプラスチックレンズであっても、又は、ガラスレンズの上に光硬化性樹脂などで回折構造などを設けたハイブリッドレンズであってもよい。また、対物光学素子は、屈折面が非球面であることが好ましい。また、対物光学素子は、回折構造が設けられるベース面（母非球面ともいう）が非球面であることが好ましい。また、本発明の対物光学素子は単玉である。

また、対物光学素子をガラスレンズとする場合は、ガラス転移点Ｔｇが５００℃以下であるガラス材料を使用することが好ましく、４８０℃以下であることがより好ましい。ガラス転移点Ｔｇが５００℃以下であるガラス材料を使用することにより、比較的低温での成形が可能となるので、金型の寿命を延ばすことが出来る。

さらに、ガラスレンズは一般的に樹脂レンズよりも比重が大きいため、対物光学素子をガラスレンズとすると、質量が大きくなり対物光学素子を駆動するアクチュエータに負担がかかる。そのため、対物光学素子をガラスレンズとする場合には、比重が小さいガラス材料を使用するのが好ましい。具体的には、比重が３．０以下であるのが好ましく、２．７５以下であるのがより好ましい。

このようなガラス材料として具体的には、特開２００５−３０６６２７号公報の実施例１〜１２を例示することができる。例えば、特開２００５−３０６６２７号公報の実施例１は、ガラス転移点Ｔｇが４６０℃、比重が２．５８、屈折率ｎｄが１．５９４、アッベ数が５９．８である。

また、対物光学素子をプラスチックレンズとする場合は、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１．５２乃至１．６０の範囲内であって、−５℃から７０℃の温度範囲内での温度変化に伴う波長４０５ｎｍに対する屈折率変化率ｄＮ／ｄＴ（℃^−１）が−２０×１０^−５乃至−５×１０^−５（より好ましくは、−１０×１０^−５乃至−８×１０^−５）の範囲内である樹脂材料を使用するのがより好ましい。また、対物光学素子をプラスチックレンズとする場合、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。

また、対物光学素子を構成する材料のアッベ数は、５０以上であることが好ましい。

対物光学素子について、以下に記載する。対物光学素子の少なくとも一つの光学面が、中心領域と、中心領域の周りの周辺領域とを有する。対物レンズが、第１光源と第２光源に加えて、第３光源を有する光ピックアップ装置に適用されるものである場合、対物光学素子の少なくとも一つの光学面が、中心領域と周辺領域の間に中間領域を有していてもよい。中心領域は、対物光学素子の光軸を含む領域であることが好ましいが、光軸を含む微小な領域を未使用領域や特殊な用途の領域とし、その周りを中心領域としてもよい。中心領域、中間領域及び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。図２に示されるように、中心領域ＣＮ、中間領域ＭＤ、周辺領域ＯＴは、対物光学素子ＯＬの同一の光学面上に、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。

対物光学素子の中心領域は、中心領域回折構造を有する。中心領域回折構造は、単一の回折構造のみから構成されていても良いし、複数の回折構造を重畳させて構成しても良い。「重畳」とは、複数の回折構造の中心を、光軸に一致させて文字通り重ね合わせることをいう。例えば、後述するブレーズ型構造とブレーズ型構造とを重ねあわせる態様や、後述する階段型構造とブレーズ型構造とを重ねあわせる態様が挙げられる。

また、対物光学素子が、第１光源と第２光源のみを有する光ピックアップ装置に適用されるものである場合、周辺領域は屈折面であっても、周辺領域回折構造が設けられていてもよい。対物光学素子が、第１光源と第２光源に加えて、第３光源を有する光ピックアップ装置に適用されるものである場合、対物光学素子の中間領域は、中間領域回折構造を有することが好ましい。中間領域回折構造は、単一の回折構造のみから構成されていても良いし、複数の回折構造を重畳させて構成しても良い。

対物光学素子の周辺領域は、周辺領域回折構造を有していても良いし、屈折面のみから構成されていても良い。

中心領域回折構造は、対物光学素子の中心領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、中心領域回折構造が、中心領域の全面に設けられていることである。中間領域回折構造は、対物光学素子の中間領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、中間領域回折構造が、中間領域の全面に設けられていることである。周辺領域回折構造は、対物光学素子の周辺領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、周辺領域回折構造が、周辺領域の全面に設けられていることである。

なお、本明細書でいう回折構造とは、段差を有し、回折によって少なくともある波長の光束を収束あるいは発散させる作用を持たせる構造の総称である。例えば、単位形状が光軸を中心として複数並ぶことによって構成されており（輪帯構造ともいう）、それぞれの単位形状に光束が入射し、透過した光の波面が、隣り合う輪帯毎に略整数波長又は整数波長分だけズレを起こし、新たな波面を形成することによって光を集光させるような構造を含むものである。回折構造は、好ましくは段差を複数有し、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。また、集光作用をもった対物光学素子とは別に平板素子などを有さない単玉非球面レンズの場合、光軸からの高さによって光束の対物光学素子への入射角が異なるため、段差量は各輪帯毎に若干異なることがある。

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。また、回折構造は、様々な断面形状（光軸を含む面での断面形状）をとり得ることができ、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３（ａ）、（ｂ）に示されるように、回折構造を有する光学素子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、回折構造が母非球面に対して、直角でも平行でもない、斜めの面を有する。尚、図３の例においては、上方が光源側、下方が光ディスク側であって、母非球面としての平面に回折構造が形成されているものとする。

また、階段型構造とは、図３（ｃ）、（ｄ）に示されるように、回折構造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（階段単位と称する）を複数有するということである。尚、本明細書中、「Ｘレベル」とは、階段型構造の１つの階段単位において光軸垂直方向に対応する（向いた）輪帯状の面（以下、光学機能面と称することがある）が、段差によって区分けされＸ個の輪帯面毎に分割されていることをいい、特に３レベル以上の階段型構造は、小さい段差と大きい段差を有する。

図３（ｃ）に示す回折構造を、５レベルの階段型構造といい、図３（ｄ）に示す回折構造を、２レベルの階段型構造という。２レベルの階段型構造において光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯を含み、対物光学素子の光軸を含む複数の輪帯の断面の形状は、光軸に平行に延在する複数の段差面Ｐａ、Ｐｂと、隣接する段差面Ｐａ、Ｐｂの光源側端同士を連結する光源側光学機能面Ｐｃと、隣接する段差面Ｐａ、Ｐｂの光ディスク側端同士を連結する光ディスク側光学機能面Ｐｄとから形成され、光源側光学機能面Ｐｃと光ディスク側光学機能面Ｐｄとは、光軸に交差する方向に沿って交互に配置される。

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。段差面は光軸に平行又は略平行であることが好ましいが、光学機能面は母非球面に平行である場合だけでなく、母非球面に対して斜めであってもよい。

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形状が繰り返された形状となる。図３（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し、図３（ｂ）に示されるように、光軸から離れる方向に進むに従って、徐々に鋸歯状形状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。また、徐々に鋸歯状形状の大きさが大きくなった形状と、徐々に鋸歯状形状の大きさが小さくなっていく形状を組み合わせた形状としてもよい。但し、鋸歯状形状の大きさが徐々に変化する場合であっても、光軸方向（又は通過する光線の方向）の段差量の大きさはほとんど変化しないことが好ましい。加えて、ある領域においては、ブレーズ型構造の段差が光軸（中心）側とは逆を向いている形状とし、他の領域においては、ブレーズ型構造の段差が光軸（中心）側を向いている形状とし、その間に、ブレーズ型構造の段差の向きを切り替えるために必要な遷移領域が設けられている形状としてもよい。この遷移領域は、回折構造により付加される光路差を光路差関数で表現した時、光路差関数の極値となる点に相当する領域である。なお、光路差関数が極値となる点を持つと、光路差関数の傾きが小さくなるので、輪帯ピッチを広げることが可能となり、回折構造の形状誤差による透過率低下を抑制できる。

回折構造が、階段型構造を有する場合、図３（ｃ）で示されるような５レベルの階段単位が、繰り返されるような形状等があり得る。さらに、光軸から離れる方向に進むに従って、徐々に階段の大きさが大きくなっていく形状や、徐々に階段の大きさが小さくなっていく形状であってもよいが、光軸方向（又は通過する光線の方向）の段差量はほとんど変化しないことが好ましい。

また、対物光学素子の中心領域に設けられた中心領域回折構造に加え、対物光学素子の中間領域に中間領域回折構造又は周辺領域に周辺領域回折構造を設ける場合、対物光学素子の異なる光学面に設けてもよいが、同一の光学面に設けることが好ましい。同一の光学面に設けることにより、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、中心領域回折構造及び中間領域回折構造又は周辺領域回折構造は、対物光学素子の光ディスク側の面よりも、対物光学素子の光源側の面に設けられることが好ましい。

対物光学素子は、中心領域回折構造が設けられた中心領域を通過する第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。好ましくは、対物光学素子は、中心領域回折構造が設けられた中心領域を通過する第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、対物光学素子は、中心領域回折構造が設けられた中心領域を通過する第２光束を、第２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。さらに、対物光学素子は、中心領域回折構造が設けられた中心領域を通過する第３光束を、第３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と好ましい。また、対物光学素子が、第１光ディスク、第２光ディスクに加えて、第３光ディスクにも対応するものである場合であって、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２が異なる場合、中心領域回折構造は、中心領域回折構造を通過する第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、中心領域回折構造は、中心領域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、対物光学素子は、対物光学素子に中間領域回折構造が設けられた場合、これを用いて中間領域を通過する第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。好ましくは、対物光学素子は、中間領域回折構造が設けられた中間領域を通過する第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、対物光学素子は、中間領域回折構造が設けられた場合、これを用いて中間領域を通過する第２光束を、第２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。また中間領域回折構造は、中間領域回折構造を通過する第１光束及び第２光束の波長の違いにより発生する色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、中間領域を通過した第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。中間領域を通過した第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、対物光学素子に中間領域回折構造が設けられた場合、これにより中間領域を通過する第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。図４に示すように、対物光学素子を通過した第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ＳＣＮ、光量密度がスポット中心部より低いスポット中間部ＳＭＤ、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ＳＯＴ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。但し、スポット中心部の周りにスポット中間部が存在せずスポット周辺部があるタイプ、即ち、集光スポットの周りに薄く光が大きなスポットを形成する場合も、そのスポット周辺部をフレアと呼ぶ。つまり、対物光学素子の中間領域に設けられた中間領域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でスポット周辺部を形成する。

また、周辺領域を有する場合の好ましい態様として、周辺領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの記録及び／又は再生に用いられ、周辺領域を通過した第２光束及び第３光束は、第２光ディスク及び第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、対物光学素子が周辺領域を有する場合、対物光学素子の周辺領域を通過する第２光束及び第３光束は、第２光ディスク及び第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、対物光学素子の周辺領域を通過した第２光束及び第３光束は、第２光ディスク及び第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。

なお、異なる作用を持った複数の回折構造を重畳して中心領域回折構造を形成すると、中心領域回折構造を通過した第１光束、第２光束、第３光束全ての出射光の方向を異ならせることが可能となるため、第１光束、第２光束、第３光束の全ての光束が同じ結像倍率（例えば、全て平行光束）で対物光学素子に入射したとしても、異なる種類の光ディスクを用いていることに起因して発生する収差を補正でき、互換が可能となる。

例えば、中心領域回折構造が、或るブレーズ型構造（以下、第１基礎構造という）と他のブレーズ型構造（以下、第２基礎構造という）とを重畳している態様である場合、好ましい要件を以下に記載する。第１基礎構造は、上述のようにブレーズ型構造である。また、第１基礎構造は、第１基礎構造を通過した第１光束のＸ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第１基礎構造を通過した第２光束のＹ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第１基礎構造を通過した第３光束のＺ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする。このとき、Ｘは、奇数の整数であることが好ましい。また、Ｘは５以下の奇数であると、第１基礎構造の段差量が大きくなり過ぎないため、製造が容易となり、製造誤差に起因する光量ロスを抑えることが出来ると共に、波長変動時の回折効率変動も低減することができるため好ましい。

また、中心領域に設けられる第１基礎構造は、その段差（光軸に略平行な面）が光軸とは逆の方向を向いていることが好ましい。

このように、第１光束における回折次数が奇数次数となる第１基礎構造の段差の向きを光軸と逆方向に向けることにより、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの３種類の光ディスクの互換で用いるような軸上厚が厚い厚肉の対物レンズにおいても、ＣＤ使用時にワーキングディスタンスを十分確保することが可能となるため好ましい。

ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの３種類の光ディスクの互換で用いるような軸上厚が厚い厚肉の対物レンズにおいても、ＣＤ使用時にワーキングディスタンスを十分確保するという観点からは、第１基礎構造が第１光束に対して近軸パワーを持つことが好ましい。ここで、「近軸パワーを持つ」とは、第１基礎構造の光路差関数を後述する数３式で表した場合、Ｂ２ｈ２が０でないことを意味する。

また、第２基礎構造も、上述のようにブレーズ型構造である。第２基礎構造は、第２基礎構造を通過した第１光束のＬ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第１基礎構造を通過した第２光束のＭ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第１基礎構造を通過した第３光束のＮ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする。このとき、Ｌは、偶数の整数であることが好ましい。また、Ｌは４以下の偶数であると、第２基礎構造の段差量が大きくなり過ぎないため、製造が容易となり、製造誤差に起因する光量ロスを抑えることが出来ると共に、波長変動時の回折効率変動も低減することができるため好ましい。

また、中心領域に設けられる第２基礎構造は、その段差が光軸の方向を向いていることが好ましい。

このように、第１光束に対して奇数次数の回折光を発生し、段差が光軸とは逆の方向を向いている第１基礎構造と、第１光束に対して偶数次数の回折光を発生し、段差が光軸の方向を向いている第２基礎構造を重ね合わせることにより、第１基礎構造と第２基礎構造の段差の向きが同じになるように重ね合わせた場合に比べて、重ね合わせた後の段差の高さが高くなることを抑制でき、それに伴い、製造誤差などに因る光量ロスを抑えることが可能となると共に、波長変動時の回折効率の変動を抑えることが可能となるため好ましい。

また、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの３種類の光ディスクの互換を可能とするだけでなく、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの３種類の何れの光ディスクに対しても、高い光利用効率を維持できる光利用効率のバランスが取れた対物レンズを提供することも可能となる。例えば、波長λ１に対する回折効率を８０％以上、波長λ２に対する回折効率を６０％以上、波長λ３に対する回折効率を５０％以上とする対物レンズを提供することも可能となる。更には、波長λ１に対する回折効率を８０％以上、波長λ２に対する回折効率を７０％以上、波長λ３に対する回折効率を６０％以上とする対物レンズも提供することができる。加えて、第１基礎構造の段差の向きを光軸と逆方向に向けることにより、波長が長波長側に変動した際に収差をアンダー（補正不足）の方向に変化させることが可能となる。これにより、光ピックアップ装置の温度が上昇した際に発生する収差を抑えることが可能となり、対物レンズがプラスチック製である場合に、温度変化時においても安定した性能を維持できる対物レンズを提供することが可能となる。

対物レンズがプラスチック製である場合に、温度変化時においても安定した性能を維持するためには、波長が長くなった際に対物レンズにおいて発生する３次球面収差及び５次球面収差が何れもアンダー（補正不足）であることが好ましい。

より好ましい中心領域回折構造は、｜Ｘ｜、｜Ｙ｜、｜Ｚ｜が、それぞれ、１、１、１である第１基礎構造と、｜Ｌ｜、｜Ｍ｜、｜Ｎ｜が、それぞれ、２、１、１である第２基礎構造とを重ね合わせたものである。このような中心領域回折構造にすると、段差の高さを非常に低くできる。従って、より製造誤差を低減させることが可能となり、光量ロスを更に抑えることが可能となると共に、波長変動時の回折効率の変動をより抑えることが可能となる。

第１基礎構造と第２基礎構造とを重ね合わせた後の中心領域回折構造の形状と段差量という観点から、｜Ｘ｜、｜Ｙ｜、｜Ｚ｜が、それぞれ、１、１、１である第１基礎構造と、｜Ｌ｜、｜Ｍ｜、｜Ｎ｜が、それぞれ、２、１、１である第２基礎構造とを重ね合わせた中心領域回折構造を以下のように表現することができる。中心領域回折構造は、光軸とは逆の方向を向いている段差と、光軸の方向を向いている段差とを共に有し、光軸とは逆の方向を向いている段差の段差量ｄ１１と、光軸の方向を向いている段差の段差量ｄ１２とが、以下の条件式を満たすことが好ましい。尚、回折構造を設けた対物レンズが単玉非球面の凸レンズの場合、光軸からの高さによって光束の対物レンズへの入射角が異なるため、同じ光路差を付与させる回折構造であっても、一般的に光軸から離れる程、段差量が大きくなる傾向となる。下記条件式において上限に１．５を乗じているのは、当該段差量の増加を加味した故である。但し、ｎは、第１の波長λ１における対物レンズの屈折率を表す。
０．６・（λ１／（ｎ−１））＜ｄ１１＜１．５・（λ１／（ｎ−１））
０．６・（λ１／（ｎ−１））＜ｄ１２＜１．５・（２λ１／（ｎ−１））
また、例えば、λ１が３９０〜４１５ｎｍ（０．３９０〜０．４１５μｍ）であって、ｎが１．５４〜１．６０である場合、上記条件式は以下のように表すことが可能となる。
０．３９μｍ＜ｄ１１＜１．１５μｍ
０．３９μｍ＜ｄ１２＜２．３１μｍ
更に、第１基礎構造と第２基礎構造の重ね合わせ方としては、第１基礎構造と第２基礎構造のピッチを合わせ、第２基礎構造の全ての段差の位置と、第１基礎構造の段差の位置を合わせるか、第１基礎構造の全ての段差の位置と、第２基礎構造の段差の位置を合わせることが好ましい。

上述のように第２基礎構造の全ての段差の位置と、第１基礎構造の段差の位置を合わせて重ね合わせた場合、中心領域回折構造のｄ１１、ｄ１２は以下の条件式を満たすことが好ましい。
０．６・（λ１／（ｎ−１））＜ｄ１１＜１．５・（λ１／（ｎ−１））
０．６・（λ１／（ｎ−１））＜ｄ１２＜１．５・（λ１／（ｎ−１））
また、例えば、λ１が３９０〜４１５ｎｍ（０．３９０〜０．４１５μｍ）であって、ｎが１．５４〜１．６０である場合、上記条件式は以下のように表すことが可能となる。
０．３９μｍ＜ｄ１１＜１．１５μｍ
０．３９μｍ＜ｄ１２＜１．１５μｍ
更に好ましくは、以下の条件式を満たすことが好ましい。
０．９・（λ１／（ｎ−１））＜ｄ１１＜１．５・（λ１／（ｎ−１））
０．９・（λ１／（ｎ−１））＜ｄ１２＜１．５・（λ１／（ｎ−１））
また、例えば、λ１が３９０〜４１５ｎｍ（０．３９０〜０．４１５μｍ）であって、ｎが１．５４〜１．６０である場合、上記条件式は以下のように表すことが可能となる。
０．５９μｍ＜ｄ１１＜１．１５μｍ
０．５９μｍ＜ｄ１２＜１．１５μｍ
また、｜Ｘ｜、｜Ｙ｜、｜Ｚ｜が、それぞれ、１、１、１である第１基礎構造と、｜Ｌ｜、｜Ｍ｜、｜Ｎ｜が、それぞれ、２、１、１である第２基礎構造とを重ね合わせた第１光路差付与構造にすることにより、第１基礎構造は波長が長くなった際に収差をアンダー（補正不足）とし（波長特性をアンダーとする）、第２基礎構造は逆に波長が長くなった際に収差をオーバー（補正過剰）とできる（波長特性をオーバーとする）ため、波長特性がアンダーに大きくなりすぎたり、オーバーに大きくなりすぎるということがなく、丁度よいレベルのアンダーの波長特性を得ることが可能となる。「丁度よいレベルのアンダーの波長特性」とは、λｒｍｓの絶対値が１５０以下であることが好ましい。これによって、対物レンズがプラスチック製である場合であっても、温度変化時の収差変化を小さく抑えることが可能となるという観点からも好ましい。

上記のように「丁度よいレベルのアンダーの波長特性」を得るという観点から、第２基礎構造に比べて、第１基礎構造の寄与率が支配的であることが好ましい。第２基礎構造に比べて、第１基礎構造の寄与率を支配的にするという観点からは、第１基礎構造の平均ピッチが、第２基礎構造の平均ピッチに比べて小さいことが好ましい。別の表現では、光軸とは逆の方向を向いている段差間のピッチが、光軸の方向を向いている段差間のピッチに比べて小さいとも言えるし、中心領域回折構造において、光軸とは逆の方向を向いている段差の数が、光軸の方向を向いている段差の数に比べて多いとも言える。尚、第１基礎構造の平均ピッチが、第２基礎構造の平均ピッチの１／４以下であることが好ましい。更に好ましくは、１／６以下とすることである。第１基礎構造の平均ピッチを、第２基礎構造の平均ピッチの１／４以下（好ましくは１／６以下）とすることにより、前述のように「丁度よいレベルのアンダーの波長特性」とすることが可能となるだけでなく、ＣＤにおけるワーキングディスタンスを十分に確保するという観点からも好ましい。別の表現では、中心領域回折構造において、光軸とは逆の方向を向いている段差の数が、光軸の方向を向いている段差の数の４倍以上であることが好ましいともいえる。より好ましくは６倍以上である。

また、中心領域回折構造の最小ピッチが１５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは１０μｍ以下である。また、中心領域回折構造の平均ピッチが３０μｍ以下となることが好ましい。より好ましくは２０μｍ以下とすることである。この様な構成にすることにより、上記のように丁度よいレベルのアンダーの波長特性を得ることが可能となると共に、中心領域回折構造を通過した第３光束において発生する、第３光ディスクの情報の記録／再生に用いられる必要光のベストフォーカス位置と、第３光ディスクの情報の記録／再生に用いられない不要光のベストフォーカス位置を離すことができ、誤検出を低減することも可能となる。尚、平均ピッチとは、中心領域回折構造の全てのピッチを合計し、中心領域回折構造の段差数で割った値である。

中心領域回折構造を通過した第３光束によって、第３光束が形成するスポットの光強度が最も強い第１ベストフォーカス位置と、第３光束が形成するスポットの光強度が次に強い第２ベストフォーカス位置とが、以下の条件式を満たすことが好ましい。なお、ここでいうベストフォーカス位置とは、ビームウェストが、或るデフォーカスの範囲でビームウェストが極小となる位置を指すものである。第１ベストフォーカス位置が第３光ディスクの記録／再生に用いられる必要光のベストフォーカス位置であり、第２ベストフォーカス位置が第３光ディスクの記録／再生に用いられない不要光のうち、最も光量が多い光束のベストフォーカス位置である。
０．０５≦Ｌ／ｆ１３≦０．３５
但し、ｆ１３［ｍｍ］は、中心領域回折構造を通過し、第１ベストフォーカスを形成する第３光束の焦点距離を指し、Ｌ［ｍｍ］は、第１ベストフォーカスと第２ベストフォーカスの間の距離を指す。

より好ましくは、以下の条件式を満たすことである。
０．１０≦Ｌ／ｆ１３≦０．２５
なお、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、中心領域回折構造の全ての輪帯において、（段差量／ピッチ）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／ピッチ）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素子の像側開口数をＮＡ１とし、第２光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物光学素子の像側開口数をＮＡ２（ＮＡ１≧ＮＡ２）とし、第３光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物光学素子の像側開口数をＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）とする。ＮＡ１は、０．６以上、０．９以下であることが好ましく、より好ましくは、０．７５以上、０．９以下である。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又は０．６５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。

対物光学素子の中心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、対物光学素子の中心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、対物光学素子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、対物光学素子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。

対物光学素子を通過した第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、光ピックアップ装置の用途に応じて、中心領域の各波長に対する回折効率を適宜設定可能である。例えば、第１光ディスクに対して記録及び再生を行い、第２、第３光ディスクに対して再生のみ行う光ピックアップ装置の場合には、中心領域及び／又は周辺領域の回折効率を、第１光束を重視して設定するのが好ましい。一方、第１光ディスクに対して再生のみを行い、第２、第３光ディスクに対して記録及び再生を行う光ピックアップ装置の場合には、中心領域の回折効率を、第２、第３光束を重視して設定し、周辺領域の回折効率を第２光束を重視して設定するのが好ましい。

何れの場合でも、下記条件式（１１）、
η１１≦η２１ （１１）
を満たすようにすることで、各領域の面積加重平均により計算される第１光束の回折効率を高く確保することが可能となる。

但し、η１１は中心領域における第１光束の回折効率を表し、η２１は周辺領域における第１光束の回折効率を表す。なお、中心領域の回折効率を第２、第３波長の光束重視とした場合には、中心領域の第１光束の回折効率は低くなるが、第１光ディスクの開口数が第３光ディスクの開口数に比べて大きい場合は、第１光束の有効径全体で考えると中心領域の回折効率低下はそれほど大きな影響を与えない。

なお、本明細書における回折効率は、以下のように定義することができる。
［１］同一の焦点距離、レンズ厚さ、開口数を有し、同一の材料で形成され、中央及び周辺領域回折構造が形成されない対物光学素子の透過率を、中心領域、周辺領域に分けて測定する。この際、中心領域の透過率は、周辺領域に入射する光束を遮断して測定し、周辺領域の透過率は中心領域に入射する光束を遮断して測定する。
［２］中央及び周辺領域回折構造を有する対物光学素子の透過率を、中心領域と周辺領域に分けて測定する。
［３］上記［２］の結果を［１］の結果で割った値を各領域の回折効率とする。

また、第１光束乃至第３光束の何れか二つの光束の光利用効率が６５％以上であって、残りの一つの光束の光利用効率を３０％以上、６５％以下にするようにしてもよい。この場合、光利用効率を３０％以上、６５％以下とする光束は、第３光束であることが好ましい。

なお、ここでいう光利用効率とは、中心領域回折構造が形成された対物光学素子（中間領域回折構造及び周辺領域回折構造が形成されていてもよい）により光ディスクの情報記録面上に形成された集光スポットのエアリーディスク内の光量をＬＡとし、同一の材料から形成され、且つ、同一の焦点距離、軸上厚さ、開口数、波面収差を有し、中心領域回折構造、中間領域回折構造及び周辺領域回折構造が形成されない対物光学素子により、光情報記録媒体の情報記録面上に形成された集光スポットのエアリーディスク内の光量をＬＢとしたとき、ＬＡ／ＬＢにより算出するものとする。なお、ここでいうエアリーディスクとは、集光スポットの光軸を中心とする半径ｒ’の円をいう。ｒ’＝０．６１・λ／ＮＡで表される。

対物光学素子の第１光束における焦点距離をｆ１（ｍｍ）とし、対物光学素子の中心厚さをｄ（ｍｍ）とした際に、下記の式（１２）、
０．７≦ｄ／ｆ１≦１．５ （１２）
を満たすことが好ましい。

なお、下記の式（１２’）、
１．０≦ｄ／ｆ１≦１．３ （１２’）
を満たすことがより好ましい。

上記構成により、回折構造のピッチを小さくすることなく、第３光ディスクとしてのＣＤのワーキングディスタンスを確保でき、対物光学素子の製造も容易にする事が出来、加えて、光の利用効率を高く維持することが可能となる。

第１光束、第２光束及び第３光束は、平行光として対物光学素子に入射してもよいし、発散光若しくは収束光として対物光学素子に入射してもよい。好ましくは、第１光束が対物光学素子に入射する時の、対物光学素子の結像倍率ｍ１が、下記の式（１３）、
−０．００５＜ｍ１＜０．００５ （１３）
を満たすことである。

また、第２光束を平行光又は略平行光として対物光学素子に入射させる場合、第２光束が対物光学素子へ入射する時の、対物光学素子の結像倍率ｍ２が、下記の式（１４）、
−０．００５＜ｍ２＜０．００５ （１４）
を満たすことが好ましい。

一方で、第２光束を発散光として対物光学素子に入射させる場合、第２光束が対物光学素子へ入射する時の、対物光学素子の結像倍率ｍ２が、下記の式（１４’）、
−０．０２５＜ｍ２＜０．００ （１４’）
を満たすことが好ましい。

また、第３光束を平行光又は略平行光として対物光学素子に入射させる場合、第３光束が対物光学素子へ入射する時の、対物光学素子の結像倍率ｍ３が、下記の式（１５）、
−０．００５＜ｍ３＜０．００５ （１５）
を満たすことが好ましい。第３光束が平行光である場合、トラッキングにおいて問題が発生しやすくなるが、本発明は第３光束が平行光であっても、良好なトラッキング特性を得ることを可能とし、３つの異なる光ディスクに対して記録及び／又は再生を適切に行う事を可能とする。

一方で、第３光束を発散光として対物光学素子に入射させる場合、第３光束が対物光学素子へ入射する時の、対物光学素子の結像倍率ｍ３が、下記の式（１５’）、
−０．０２５＜ｍ３＜０．００ （１５’）
を満たすことが好ましい。

また、第３光ディスクを用いる際の対物光学素子のワーキングディスタンス（ＷＤ）は、０．１５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であることが好ましい。好ましくは、０．３ｍｍ以上、１．２０ｍｍ以下である。次に、第２光ディスクを用いる際の対物光学素子のＷＤは、０．２ｍｍ以上、１．３ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、第１光ディスクを用いる際の対物光学素子のＷＤは、０．２５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明に係る光情報記録再生装置は、上述の光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブ装置を有する。

ここで、光情報記録再生装置に装備される光ディスクドライブ装置に関して説明すると、光ディスクドライブ装置には、光ピックアップ装置等を収納している光情報記録再生装置本体から光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイのみが外部に取り出される方式と、光ピックアップ装置等が収納されている光ディスクドライブ装置本体ごと、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、光の利用効率を確保しつつ光源波長変動時の球面収差劣化を抑えて、異なる光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える対物光学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が可能になる。

波長変動が生じた際の回折効率の低下の例を示す図である。 （ａ）は、本発明に係る対物光学素子ＯＬの一例を光軸方向から見た図であり、（ｂ）はその断面図である。 本発明に係る対物光学素子ＯＬに設けられる回折構造の幾つかの例（ａ）〜（ｄ）を模式的に示す断面図である。 本発明に係る対物光学素子によるスポットの形状を示した図である。 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。 実施例で採用した回折構造の例にかかる断面形状を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図５は、異なる光ディスクである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、対物光学素子ＯＬ、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＯＬ、偏光ビームスプリッタＢＳ、ダイクロイックプリズムＤＰ、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ_１＝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、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ_２＝６６０ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２半導体レーザＬＤ２（第２光源）及びＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ_３＝７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３半導体レーザＬＤ３を一体化したレーザユニットＬＤＰ、センサレンズＳＥＮ、光検出器としての受光素子ＰＤ等を有する。

図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、本実施の形態にかかる単玉の対物光学素子ＯＬにおいて、光源側の非球面光学面に光軸を含む中心領域ＣＮと、その周囲に配置された中間領域ＭＤと、更にその周囲に配置された周辺領域ＯＴとが、光軸を中心とする同心円状に形成されている。図示していないが、中心領域ＣＮには中心領域回折構造が形成され、中間領域ＭＤには中間領域回折構造が形成されている。また、周辺領域ＯＴには、回折構造が形成されているものと回折構造が形成されず屈折面のものとがある。

対物光学素子ＯＬに、３７５ｎｍ〜４３５ｎｍの範囲における異なる２波長λ_１１、λ_１２（ただしλ_１１＜λ_１２、且つλ_１２−λ_１１＝５ｎｍ）の光束を入射させて、波面収差を測定したときに得られる３次、５次の球面収差を、単位をλｒｍｓとして、それぞれＳＡ３（λ_１１）、ＳＡ５（λ_１１）、ＳＡ３（λ_１２）、ＳＡ５（λ_１２）とすると、以下の式（１）、（５）、
０．１８＞ΔＳＡ３＞ΔＳＡ５＞０ （１）
０≦｜Ｎ＊ｄ＊（ｎ−１）／λ_１｜≦５０ （５）
ただし、
ΔＳＡ３＝｜ＳＡ３（λ_１２）−ＳＡ３（λ_１１）｜
ΔＳＡ５＝｜ＳＡ５（λ_１２）−ＳＡ５（λ_１１）｜であり、
ｄ：周辺領域回折構造の平均輪帯段差［ｎｍ］
ｎ：対物光学素子の素材の屈折率
λ_１：第１光束の波長［ｎｍ］
Ｎ：周辺領域回折構造の輪帯数
を満たす。

ΔＳＡ３：ΔＳＡ５＝α：１（４≦α≦９）を満たすと更に好ましい。

又、波長λ_１１、λ_１２（λ_１１＜λ_１２）の光束を対物光学素子に入射させて、測定することにより得られた波面収差を、それぞれＷ（λ_１１）、Ｗ（λ_１２）としたとき、以下の式、
ΔＷ＝Ｗ（λ_１２）−Ｗ（λ_１１）
ΔＷ＝Ｃ_ＳＡＬ（２０ρ^６＋６βρ^４−６（３＋β）ρ^２＋（４＋β））
＋ＳＡＨ （２）
ただし、
Ｗ：波面収差（ベストフォーカスにおける）［λｒｍｓ］
ρ：相対瞳径（有効径の中心を０、最外高さを１とする）
Ｃ_ＳＡＬ：低次球面収差係数
ＳＡＨ：７次以上の球面収差のトータル量［λｒｍｓ］
β：０≦β≦４の範囲における任意の値
を満たすことが好ましい。

青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束（λ_１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、実線で示すように、ダイクロイックプリズムＤＰを通過し、偏光ビームスプリッタＢＳを通過した後、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、対物光学素子ＯＬに入射する。ここで、対物光学素子ＯＬの中心領域と中間領域と周辺領域により集光された光束は、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、再び対物光学素子ＯＬ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＢＳで反射され、センサレンズＳＥＮを介して受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子ＰＤの出力信号を用いて、２軸アクチュエータＡＣ１により対物光学素子ＯＬ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。ここで、第１光束に波長変動が生じた場合、それに起因して発生する球面収差を、倍率変更手段としてのコリメートレンズＣＯＬの位置を光軸方向に変化させて、対物光学素子ＯＬに入射する光束の発散角又は収束角を変更することで補正できるようになっている。尚、ＢＤが情報記録面を複数有する場合、コリメートレンズＣＯＬの位置を光軸方向に変化させて、対物光学素子に入射する光束の発散角又は収束角を変更することで、それぞれの情報記録面の保護基板の厚さの違いに応じて発生する収差を補正できるようにしてもよい。

レーザユニットＬＤＰの半導体レーザＬＤ２から射出された第２光束（λ_２＝６６０ｎｍ）の発散光束は、点線で示すように、ダイクロイックプリズムＤＰで反射され、偏光ビームスプリッタＢＳ、コリメートレンズＣＯＬを通過し、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、対物光学素子ＯＬに入射する。ここで、対物光学素子ＯＬの中央領域と中間領域により集光された（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、再び対物光学素子ＯＬを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＢＳで反射され、センサレンズＳＥＮを介して受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子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。

レーザユニットＬＤＰの半導体レーザＬＤ３から射出された第３光束（λ_３＝７８５ｎｍ）の発散光束は、一点鎖線で示すように、ダイクロイックプリズムＤＰで反射され、偏光ビームスプリッタＢＳ、コリメートレンズＣＯＬを通過し、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、対物光学素子ＯＬに入射する。ここで、対物光学素子ＯＬの中央領域により集光された（中間領域及び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。

情報記録面ＲＬ３上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子ＯＬを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＢＳを通過し、センサレンズＳＥＮを介して受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子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。

以下、上述した実施の形態に用いることができる実施例について説明する。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０^−３）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表す場合がある。また、対物光学素子の光学面は、それぞれ数２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は近軸曲率半径である。

また、回折構造を用いた実施例の場合、その回折構造により各波長の光束に対して与えられる光路差は、数３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。

ｍは回折次数、λは入射光束の波長、Ｂ_２ｉは光路差関数の係数、ｈは光軸からの高さである。

図６は、実施例で採用した回折構造の例にかかる断面形状を示す図である。図６（ａ）は、以下に示す実施例１の３λ領域構造（１／−２／−３）である７レベルの階段構造を示している。図６（ｂ）は、以下に示す実施例２及び、実施例３の３λ領域構造（１／−１／−２）である５レベルの階段構造を示している。図６（ｃ）は、以下に示す実施例４の３λ領域構造（０／０／１）である２レベルの階段構造を示している。図６（ｄ）は、以下に示す実施例１〜実施例３の２λ領域構造（０／−１／＊）である３レベルの階段構造を示している。

また、以下の全ての実施例において、
ΔＳＡ３＝｜ＳＡ３（λ_１２）−ＳＡ３（λ_１１）｜、
ΔＳＡ５＝｜ＳＡ５（λ_１２）−ＳＡ５（λ_１１）｜、
であり、λ_１２は４１０ｎｍ、λ_１１、は４０５ｎｍである。尚、実施例１〜４において、ＳＡ３（λ_１２）−ＳＡ３（λ_１１）の値、及び、ＳＡ５（λ_１２）−ＳＡ５（λ_１１）の値は、共に正の値である。一方、実施例５においては、ＳＡ３（λ_１２）−ＳＡ３（λ_１１）の値、及び、ＳＡ５（λ_１２）−ＳＡ５（λ_１１）の値は、共に負の値である。

（実施例１）
表１に実施例１のレンズデータを示す。実施例１において、中心領域回折構造は、図６（ａ）に示す７レベルの階段構造を持ち、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、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、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ものである。又、中間領域回折構造は、図６（ｄ）に示す３レベルの階段構造を持ち、第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次回折光が最大の回折光量を有し、第２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するものである。尚、周辺領域回折構造は、ブレーズ型でも階段型でも良いが、第１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するものである。

実施例１においては、ΔＳＡ３は０．０６０λｒｍｓ、ΔＳＡ５は０．００２λｒｍｓであって上記（１）式を満たし、対物光学素子の素材はプラスチックであり、｜Ｎ＊ｄ＊（ｎ−１）／λ_１｜は８であって、上記（５）式を満たす。

（実施例２）
表２に実施例２のレンズデータを示す。実施例２において、中心領域回折構造は、図６（ｂ）に示す５レベルの階段構造を持ち、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、第２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、第３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するものである。又、中間領域回折構造は、図６（ｄ）に示す３レベルの階段構造を持ち、第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次回折光が最大の回折光量を有し、第２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するものである。尚、周辺領域回折構造は、ブレーズ型でも階段型でも良いが、第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、４次回折光が最大の回折光量を有するものである。

実施例２においては、ΔＳＡ３は０．０６２λｒｍｓ、ΔＳＡ５は０．０１３λｒｍｓであって上記（１）式を満たし、対物光学素子の素材はプラスチックであり、｜Ｎ＊ｄ＊（ｎ−１）／λ_１｜は１２であって、上記（５）式を満たす。

（実施例３）
表３に実施例３のレンズデータを示す。実施例３において、中心領域回折構造は、図６（ｂ）に示す５レベルの階段構造を持ち、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、第２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、第３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するものである。又、中間領域回折構造は、図６（ｄ）に示す３レベルの階段構造を持ち、第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次回折光が最大の回折光量を有し、第２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するものである。尚、周辺領域回折構造は、ブレーズ型でも階段型でも良いが、第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、４次回折光が最大の回折光量を有するものである。

実施例３においては、ΔＳＡ３は０．０５４λｒｍｓ、ΔＳＡ５は０．００９λｒｍｓであって上記（１）式を満たし、且つΔＳＡ３：ΔＳＡ５＝６：１であり、対物光学素子の素材はプラスチックであり、｜Ｎ＊ｄ＊（ｎ−１）／λ_１｜は１６であって、上記（５）式を満たす。

更に、本実施例は、ΔＷ＝Ｃ_ＳＡＬ（２０ρ^６＋６βρ^４−６（３＋β）ρ^２＋（４＋β））＋ＳＡＨ という条件式（２）を満たす。Ｃ_ＳＡＬはβ＝１のとき０．００９となり、またＳＡＨは０．０１６λｒｍｓであって、上記（３）、（４）式を満たす。

（実施例４）
表４及び、表５に実施例４のレンズデータを示す。実施例４において、中心領域回折構造は、図６（ｃ）に示す２レベルの階段型の回折構造と、ブレーズ型の回折構造とを重畳している。２レベル階段型回折構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次回折光が最大の回折光量を有し、当該構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次回折光が最大の回折光量を有し、当該構造に第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、±１次回折光が最大の回折光量を有する。ブレーズ型回折構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、２次回折光が最大の回折光量を有し、当該構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、１次回折光が最大の回折光量を有し、当該構造に第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、１次回折光が最大の回折光量を有する。又、中間領域回折構造は、ブレーズ型構造を持ち、第１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、第２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するものである。尚、周辺領域回折構造は、ブレーズ型構造を持ち、第１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するものである。

実施例４においては、ΔＳＡ３は０．１０２λｒｍｓ、ΔＳＡ５は０．０１２λｒｍｓであって上記（１）式を満たし、且つΔＳＡ３：ΔＳＡ５＝８．５：１であり、対物光学素子の素材はプラスチックであり、｜ｄ（ｎ−１）／λ_１＊Ｎ｜は１６であって、上記（５）式を満たす。

更に、本実施例は、ΔＷ＝Ｃ_ＳＡＬ（２０ρ^６＋６βρ^４−６（３＋β）ρ^２＋（４＋β））＋ＳＡＨ という条件式（２）を満たす。Ｃ_ＳＡＬはβ＝３．５のとき０．０１２となり、またＳＡＨは０．０２５λｒｍｓであって、上記（３）式、（４）式を満たす。

（実施例５）
表６に実施例５のレンズデータを示す。実施例５において、中心領域回折構造は、上述で第１基礎構造と第２基礎構造を重畳しているとして説明した、２種類のブレーズ型の回折構造を重畳してなる構造である。第１基礎構造は、段差が光軸とは逆の方向を向いたブレーズ型の回折構造であり、第１基礎構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、次数の絶対値が１次の回折光が最大の回折光量を有し、当該構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、次数の絶対値が１次の回折光が最大の回折光量を有し、当該構造に第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、次数の絶対値が１次の回折光が最大の回折光量を有する。第２基礎構造は、段差が光軸の方向を向いたブレーズ型の回折構造であり、第２基礎構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、次数の絶対値が２次の回折光が最大の回折光量を有し、当該構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、次数の絶対値が１次の回折光が最大の回折光量を有し、当該構造に第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、次数の絶対値が１次の回折光が最大の回折光量を有する。又、中間領域回折構造は、上述の第１基礎構造と同様のブレーズ型構造と、上述の第２基礎構造と同様のブレーズ型構造を重畳させ、更に、２レベル階段型回折構造を重畳させている。２レベル階段型回折構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次回折光が最大の回折光量を有し、当該構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次回折光が最大の回折光量を有し、当該構造に第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、±１次回折光が最大の回折光量を有する。尚、周辺領域回折構造は、ブレーズ型構造を持ち、第１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するものである。

実施例５においては、ΔＳＡ３は０．１０５λｒｍｓ、ΔＳＡ５は０．０２４λｒｍｓであって上記（１）式を満たし、且つΔＳＡ３：ΔＳＡ５＝４．４：１であり、対物光学素子の素材はプラスチックであり、｜ｄ（ｎ−１）／λ_１＊Ｎ｜は４５であって、上記（５）式を満たす。

ＡＣ１ ２軸アクチュエータ
ＢＳ 偏光ビームスプリッタ
ＤＰ ダイクロイックプリズム
ＣＮ 中心領域
ＣＯＬ コリメートレンズ
ＬＤ１ 半導体レーザ
ＬＤ２ 半導体レーザ
ＬＤ３ 半導体レーザ
ＬＤＰ レーザユニット
ＭＤ 周辺領域
ＯＬ 対物光学素子
ＯＴ 最周辺領域
ＰＤ 受光素子
ＰＬ１ 保護基板
ＰＬ２ 保護基板
ＰＬ３ 保護基板
ＰＵ１ 光ピックアップ装置
ＱＷＰ λ／４波長板
ＲＬ１ 情報記録面
ＲＬ２ 情報記録面
ＲＬ３ 情報記録面
ＳＣＮ スポット中心部
ＳＭＤ スポット中間部
ＳＥＮ センサレンズ
ＳＯＴ スポット周辺部

Claims (7)

1. 波長λ₁（３７５ｎｍ≦λ₁≦４３５ｎｍ）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、対物光学素子と、コリメートレンズと、ビームスプリッタと、を有し、前記対物光学素子は、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、
   前記対物光学素子は、単玉であって、光軸を含む中心領域と、その周囲に設けられた周辺領域とを少なくとも有し、前記中心領域には中心領域回折構造が形成されており、
   前記中心領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記中心領域を通過した 前記第２光束は前記第２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され、
   前記周辺領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記周辺領域を通過した前記第２光束は前記第２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されず、
   前記波長λ₁の範囲における異なる２波長λ₁₁、λ₁₂（ただしλ₁₁＜λ₁₂、且つλ₁₂−λ₁₁＝５ｎｍ）の光束を前記対物光学素子に入射させて、波面収差を測定したときに得られる３次、５次の球面収差を、それぞれＳＡ３（λ₁₁）、ＳＡ５（λ₁₁）、ＳＡ３（λ₁₂）、ＳＡ５（λ₁₂）［単位：λｒｍｓ］とすると、以下の式（１’）を満たし、
   前記コリメートレンズは単玉であり、
   かつ前記第１光ディスクは２層又は多層の光ディスクであって、
   前記コリメータレンズを光軸方向に移動させることで、前記第１光源の波長変動に対する球面収差補正と、前記２層又は多層の光ディスクの情報の記録／再生を行うための球面収差補正と、の両方を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
   ０．１３＞ΔＳＡ３＞０．０３＞ΔＳＡ５＞０ （１’）
   ここで、ΔＳＡ３＝｜ＳＡ３（λ₁₂）−ＳＡ３（λ₁₁）｜
   ΔＳＡ５＝｜ＳＡ５（λ₁₂）−ＳＡ５（λ₁₁）｜
   である。
2. ΔＳＡ３：ΔＳＡ５＝α：１である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。
   ただし、前記αは、４≦α≦９を満たす。
3. 前記光ピックアップ装置は、波長λ₃（λ₂＜λ₃）の第３光束を出射する第３光源を更に有し、
   前記第３光束を厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学素子であり、
   前記対物光学素子は、前記中心領域と前記周辺領域の間に設けられた中間領域を有しており、
   前記中心領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記中心領域を通過した前記第２光束は前記第２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され、前記中心領域を通過した前記第３光束は前記第３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され、
   前記中間領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記中間領域を通過した前記第２光束は前記第２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され、前記中間領域を通過した前記第３光束は前記第３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されず、
   前記周辺領域を通過した前記第１光束は前記第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され、前記周辺領域を通過した前記第２光束は前記第２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されず、前記周辺領域を通過した前記第３光束は前記第３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されないようになっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ピックアップ装置。
4. 前記中心領域回折構造に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次以外の次数の回折光が最大の回折光量を有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
5. 以下の式を満たすことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
   ０≦｜Ｎ＊ｄ（ｎ−１）／λ₁｜≦５０ （５）
   但し、
   ｄ：前記周辺領域に設けられた回折構造の平均輪帯段差［ｎｍ］
   ｎ：前記対物光学素子の素材の波長λ１における屈折率
   λ₁：前記第１光束の波長［ｎｍ］
   Ｎ：前記周辺領域に設けられた回折構造の輪帯数
6. 前記対物光学素子において、前記周辺領域は屈折面であることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
7. 前記対物光学素子において、前記周辺領域は回折構造を有することを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。