JPWO2008146675A1 - 光ピックアップ装置用の対物光学素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

低コストでありながら異なる光情報記録媒体に対して適切に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物光学素子を提供するために、光路差付与構造において、利用する回折光の次数が（ｒ、ｓ、ｔ）＝（１０、６、５）又は（２、１、１）である場合、中央領域を通過する３種類（λ１、λ２、λ３）の波長の光束のいずれに対しても、光の利用効率を高く維持することができ、互換機能と、環境温度が変化した場合に球面収差の劣化を抑える機能とのバランスを確保することができる。又、利用する回折光の次数が（ｕ、ｖ）＝（１０、６）、（５、３）又は（２、１）である場合、中間領域を通過する２種類（λ１、λ２）の波長の光束のいずれに対しても、光の利用効率を高く維持することができ、互換機能と、環境温度が変化した場合に球面収差の劣化を抑える機能とのバランスを確保することができる。

Description

本発明は、光ピックアップ装置用の対物光学素子及び光ピックアップ装置に関し、特に異なる種類の光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物光学素子及び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、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程度の情報の記録が可能であり、又、ＮＡ０．６５、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ＨＤ ＤＶＤ（以下、ＨＤという）では、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり１５ＧＢ程度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。

また、現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）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、一台の情報記録再生装置で可能な限り様々なタイプの光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができるようにすることが望まれている。更に、光ピックアップ装置がノート型パソコン等に搭載されることも考慮すると、複数種の光ディスクに対する互換性を有するのみでは足らず、そのコンパクト化を更に推進する事が重要である。

ここで、高密度光ディスク、ＤＶＤやＣＤ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／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。特許文献１には、回折構造を用いて保護基板厚さが異なる光ディスクの互換使用を実現できる光ピックアップ装置が開示されている。
特開２００５−１５８２１７号公報

しかるに、特許文献１の技術によれば、高密度光ディスクと、その他の光ディスクとの互換使用を実現できる光ピックアップ装置を提供できるが、対物光学素子ユニットとして、光ディスクの保護基板厚さに起因する球面収差を補正するための回折構造（互換のための光路差付与構造）を形成したプラスチック製の平行平板と、ガラス製のレンズとを用いているため、コスト高を招いているという問題がある。これに対し、コストを低減するために、レンズをプラスチック製とすることも考えられるが、プラスチックの特性が問題となる。より具体的には、プラスチックは温度変化によりガラスに比べて大きな屈折率変化が生じるため、プラスチックを素材とするレンズは、温度変化により比較的大きな球面収差を発生させるということがある。かかる問題は、特に高ＮＡで用いられる高密度光ディスクにおいて顕著である。

一方、特許文献１の技術とは別に、単玉の対物レンズを用いて、高密度光ディスクと、その他の光ディスクとの互換使用を実現できる光ピックアップ装置も開発されているが、対物レンズをプラスチック製とした場合、同様の問題が生じる。

これに対し、温度変化に起因して発生する球面収差を補正するために、別に温度変化を補正する光路差付与構造を設けることもできるが、その位置や構成によっては異なる光ディスクを共用する互換性能を低下させ、或いは互換不能状態になることを本発明者が見出した。

本発明は、かかる本発明者が見出した上述の問題点に鑑みてなされたものであり、プラスチック製の光学素子を用いたとしても、３種類の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用の対物光学素子及び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源と、波長λ３（ｎｍ）（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３光源と、対物光学素子とを有する光ピックアップ装置用の対物光学素子であって、
前記対物光学素子は、少なくとも１つのプラスチック製のレンズを有し、
前記対物光学素子の光学面は、光軸を含む中央領域と、前記中央領域の周囲に配置された中間領域と、前記中間領域の周囲に配置された周辺領域の、少なくとも３つの領域を含み、
前記対物光学素子が、前記中央領域と前記中間領域と前記周辺領域とを通過した前記第１光束を、厚さｔ１の保護基板を介して第１光ディスクの情報記録面に集光させることによって、情報の記録／再生を行うことが可能となっており、又、前記中央領域と前記中間領域とを通過した前記第２光束を、厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を介して第２光ディスクの情報記録面に集光させることによって、情報の記録／再生を行うことが可能となっており、更に、前記中央領域を通過した前記第３光束を、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を介して第３光ディスクの情報記録面に集光させることによって、情報の記録／再生を行うことが可能となっており、
前記中央領域は、同心円状の複数の輪帯状段差を有する第１温度特性補正構造を有し、
前記中間領域は、同心円状の複数の輪帯状段差を有する第２温度特性補正構造を有し、
前記周辺領域は、同心円状の複数の輪帯状段差を有する第３温度特性補正構造を有し、
前記第１温度特性補正構造は、前記第１温度特性補正構造を通過した前記第１光束のｒ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、前記第１温度特性補正構造を通過した前記第２光束のｓ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、前記第１温度特性補正構造を通過した前記第３光束のｔ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光路差付与構造であり、
前記第２温度特性補正構造は、前記第２温度特性補正構造を通過した前記第１光束のｕ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、前記第２温度特性補正構造を通過した前記第２光束のｖ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光路差付与構造であり、
前記第３温度特性補正構造は、前記第３温度特性補正構造を通過した前記第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する光路差付与構造であり、
（ｒ、ｓ、ｔ）＝（１０，６，５）又は（２，１，１）
（ｕ、ｖ）＝（１０，６）、（５，３）又は（２，１）
ｘは任意の整数であることを特徴とする。

本発明によれば、（ｒ、ｓ、ｔ）＝（１０，６，５）又は（２，１，１）である場合、前記中央領域を通過する３種類（λ１，λ２，λ３）の波長の光束のいずれに対しても、光の利用効率を高く維持することができ、互換機能と、環境温度が変化した場合に球面収差の劣化を抑える機能とのバランスを確保することができる。

又、（ｕ、ｖ）＝（１０，６）、（５，３）又は（２，１）である場合、前記中間領域を通過する２種類（λ１，λ２）の波長の光束のいずれに対しても、光の利用効率を高く維持することができ、互換機能と、環境温度が変化した場合に球面収差の劣化を抑える機能とのバランスを確保することができる。

尚、前記周辺領域は、前記第１波長の専用領域となるため、互換機能を有している必要がなく、光の利用効率を高く維持でき、金型の製造容易性を確保できれば、いずれの次数（但し整数）に対応させても良い。

請求の範囲第２項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子は、請求の範囲第１項に記載の発明において、
（ｒ、ｓ、ｔ）＝（２，１，１）
（ｕ、ｖ）＝（５，３）又は（２，１）
ｘ＝１〜５であることを特徴とする。

本発明によれば、更に、（ｒ、ｓ、ｔ）＝（２，１，１）である場合、光源波長が変化した場合においても、回折効率の変動が小さいため、読み取りエラーを抑制できる。加えて、輪帯状段差の深さも深くなりすぎないため、対物光学素子を成形する金型を製造し易いというメリットもある。また、（ｕ、ｖ）＝（５，３）又は（２，１）である場合、光源波長が変化した場合においても、回折効率の変動が小さいため、読み取りエラーを抑制できる。より好ましくは、（ｕ、ｖ）＝（２，１）である。

請求の範囲第３項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子は、請求の範囲第１項又は第２項に記載の発明において、前記第１温度特性補正構造と前記第２温度特性補正構造とを合わせてなる複合構造は、光軸からの高さが高くなるにつれて光軸方向に深くなり、所定の高さを境に、光軸からの高さが高くなるにつれて光軸方向に浅くなることを特徴とする。

請求の範囲第４項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子は、請求の範囲第１項又は第２項に記載の発明において、前記第１温度特性補正構造と前記第２温度特性補正構造と前記第３温度特性補正構造とを合わせてなる複合構造は、光軸からの高さが高くなるにつれて光軸方向に深くなり、所定の高さを境に、光軸からの高さが高くなるにつれて光軸方向に浅くなることを特徴とする。

請求の範囲第５項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子は、請求の範囲第４項に記載の発明において、光軸からの高さが、前記第３温度特性補正構造に至る前に、前記複合構造の光軸方向の深さが戻ることを特徴とする。

請求の範囲第６項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子は、請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子を形成するプラスチックが、−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の範囲内であることを特徴とする。

請求の範囲第７項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子は、請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子は、平板状の光学素子と、非球面を有するレンズとを有することを特徴とする。

請求の範囲第８項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子は、請求の範囲第７項に記載の発明において、前記平板状の光学素子が、前記第１温度特性補正構造と前記第２温度特性補正構造と前記第３温度特性補正構造とを有することを特徴とする。

請求の範囲第９項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子は、請求の範囲第７項に記載の発明において、前記レンズが、前記第１温度特性補正構造と前記第２温度特性補正構造と前記第３温度特性補正構造とを有することを特徴とする。

請求の範囲第１０項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子は、請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子は、プラスチック製の単玉のレンズのみからなることを特徴とする。

請求の範囲第１１項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子は、請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれかに記載の発明において、同心円状の複数の輪帯状段差を有する互換用構造を、前記第１乃至前記第３温度特性補正構造に重ねた構造を有することを特徴とする。

請求の範囲第１２項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれかに記載の対物光学素子を有することを特徴とする。

本発明の光ピックアップ装置は、第１光源、第２光源、第３光源を有することができる。又、本発明の光ピックアップ装置は、第１光源からの第１光束を第１光ディスク（光情報記録媒体ともいう、以下同じ）の情報記録面上に集光させ、第２光源からの第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光源からの第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対物光学素子を含む集光光学系を有している。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、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。

第１光ディスクは、厚さがｔ１の保護基板と情報記録面とを有する。第２光ディスクは厚さが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であることが好ましく、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。また、ｔ１＜ｔ２である場合（例えば、第１光ディスクがＢＤで、第２光ディスクがＤＶＤである場合）は、ｔ１＝ｔ２である場合（例えば、第１光ディスクがＨＤで、第２光ディスクがＤＶＤである場合）に比して、一つの対物光学素子によって３つの異なる光ディスクの記録及び／又は再生を行うことはより困難であるが、本発明はそれを可能とする。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。

本明細書においては、高密度光ディスクの例としては、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、他の高密度光ディスクの例としては、ＮＡ０．６５乃至０．６７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程度である規格の光ディスク（例えば、ＨＤ ＤＶＤ：単にＨＤともいう）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。また、高密度光ディスクには、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザが用いられる光磁気ディスクも含まれるものとする。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、ＮＡ０．４５〜０．５１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、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（１）、（２）、（３）、
０．０７５０ｍｍ≦ｔ１≦０．１１２５ｍｍ 又は ０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ
（１）
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ （２）
１．０ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ （３）
を満たすことが好ましいが、これに限られない。

第１光ディスクに対して情報を記録／再生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記録／再生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記録／再生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、０．８以上、０．９以下であること、又は、０．５５以上、０．７以下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。また、ＮＡ３は、０．４以上、０．５５以下であることが好ましい。

第１光源は、波長λ１の第１光束を射出する。第２光源は、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を射出する。第３光源は、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を射出する。本明細書において、第１光源、第２光源は、好ましくはレーザ光源である。第３光源を用いる場合もレーザ光源として良い。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、ＳＨＧレーザ等を用いることが出来る。尚、λ１、λ２、λ３は以下の条件式（４）、（５）、
１．５×λ１（ｎｍ）＜λ２＜１．７×λ１（ｎｍ） （４）
１．９×λ１（ｎｍ）＜λ３＜２．１×λ１（ｎｍ） （５）
を満たすことが好ましい。

また、第１光ディスク、第２光ディスクとして、それぞれ、ＢＤまたはＨＤ及びＤＶＤが用いられる場合、第１光源の第１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以下である。更に第３の光ディスクとして、ＣＤを用いる場合、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光源と第２光源をユニット化してもよく、これらに加えて第３光源もユニット化して良い。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部を有していてもよい。

集光光学系（又は後述する対物光学素子）は、第１光束を、厚さｔ１の保護基板を介して、第１光ディスクの情報記録面に集光させることによって、情報の記録／再生を行うことを可能とし、第２光束を、厚さｔ２の保護基板を介して、第２光ディスクの情報記録面に集光させることによって、情報の記録／再生を行うことを可能とする。また、集光光学系は、第３光束を、厚さｔ３の保護基板を介して、第３光ディスクの情報記録面に集光させることによって、情報の記録／再生を行うことを可能とする。

集光光学系は、対物光学素子を有する。集光光学系は、対物光学素子のみを有していても良いが、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てもよい。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。又、コリメートレンズとは、入射光束を平行光束にして出射するレンズをいう。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、対物光学素子とは、光ピックアップ装置に光ディスクを装填した状態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素子又は光学素子のユニットを指す。

本発明の対物光学素子の一例としては、それぞれ単一の、平板状の光学素子とレンズとを有することができる。平板状の光学素子とレンズは光軸方向に配列されており、相対的に位置が固定されていると好ましい。平板状の光学素子及びレンズのうち少なくとも一方が、光軸方向に延在している部分を有し、当該延在部が他方に接し、平板状の光学素子とレンズとが互いに接合され、対物光学素子を形成すると好ましい。一方、平板状の光学素子及びレンズとを、それとは別体の枠体に固定することで、対物光学素子を形成してもよい。通常、対物光学素子が光ピックアップ装置に配置された場合、平板状の光学素子が光源側となり、レンズが光ディスク側となる。尚、対物光学素子の他の例としては、単玉のレンズのみから構成することができる。

本発明の対物光学素子はプラスチックからなる。より具体的には、対物光学素子が平板状の光学素子とレンズからなる場合には、平板状の光学素子のみをプラスチック製とする場合、レンズのみをプラスチック製とする場合、平板状の光学素子とレンズをプラスチック製とする場合がある。一方、対物光学素子が単玉のレンズの場合、これをプラスチック製とする。プラスチックとしては、一般的に光学材料に用いられるプラスチックであればどれでもよいが、好ましくは、環状オレフィン系の樹脂材料である。また、波長４０５ｎｍに対する温度２５℃での屈折率が１．５４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製とする場合、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、平板状の光学素子及びレンズとを、それとは別体の枠体に固定することで、対物光学素子を形成する場合、枠体もプラスチックからなる事が好ましい。

対物光学素子の少なくとも一つの光学面が、中央領域と、中央領域の周りの中間領域と、中間領域の周りの周辺領域とを有する。中間領域や周辺領域を設けることにより、高ＮＡの光ディスクに対する記録／再生をより適切に行うことが可能となる。中央領域は、対物光学素子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、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。単玉のレンズを例にとると、図１１に示されるように、中央領域ＣＮ、中間領域ＭＤ、周辺領域ＯＴ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、対物光学素子の中央領域には第１の温度特性補正構造が設けられ、中間領域には第２の温度特性補正構造が設けられ、周辺領域に第３の温度特性補正構造が設けられている。中央領域、中間領域、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。

第１温度特性補正構造は、対物光学素子の中央領域の面積の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、第１温度特性補正構造が、中央領域の全面に設けられていることである。第２温度特性補正構造は、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、第２温度特性補正構造が、中間領域の全面に設けられていることである。第３温度特性補正構造は、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、第３温度特性補正構造が、周辺領域の全面に設けられていることである。

本明細書でいう光路差付与構造は、入射光束に対して光路差を付加する構造の総称である。一般に、光路差付与構造には、位相差を付与する位相差付与構造も含まれる。また、位相差付与構造には回折構造が含まれる。光路差付与構造は、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。所謂、位相シフト構造といわれる構造も、ＮＰＳ構造といわれる構造も、光路差付与構造の一種であり、回折構造の一種である、と捉えることができる。

以下、温度特性補正構造について詳述する。温度特性補正構造は、通過する光束に対して、環境温度の変化に伴い発生する球面収差を補正する構造である。環境温度の変化に伴い、通過する光束の波長が変化した場合や、光学素子の屈折率が変化した場合に、当該変化に伴って発生する球面収差を補正する構造であることが好ましい。好ましい構造の例としては、所謂、ＮＰＳ構造などが挙げられる。温度特性補正構造は、光束の波長が、温度変化や光源製造時のばらつきなどにより、設計波長からずれた場合は、光束に対して異なるパワーを与えることが好ましい。温度特性補正構造がこのような機能を有することにより温度の変化に伴い発生する球面収差を補正できる。なお、ここでいう「波長が設計波長からずれる」というのは、好ましくは±１０ｎｍ以内である。

温度特性補正構造は、図１〜図３に概略的に示すように様々な断面形状を取り得る。（尚、図１〜図３に記載した例は、対物光学素子が平板状の光学素子を有する場合である。）図１は鋸歯状である場合であり、図２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。また、図３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、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、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階段構造である場合を示している。また、温度特性補正構造の段差は、光軸垂直方向に非周期的な間隔を持って配置されていてもよい。ここで、中央領域に形成された温度特性補正構造を第１温度補正構造とし、中間領域に形成された温度特性補正構造を第２温度補正構造とし、周辺領域に形成された温度特性補正構造を第３温度補正構造とする。いずれにしても、第１乃至第３の温度特性補正構造も、同心円状の段差で区切られた輪帯状の段差構造である事が好ましい。尚、対物光学素子が平板状の光学素子とレンズからなる場合には、平板状の光学素子のみに第１乃至第３の温度特性補正構造が形成される場合と、レンズのみに第１乃至第３の温度特性補正構造が形成される場合がある。一方、対物光学素子が単玉のレンズの場合、その光学面に第１乃至第３の温度特性補正構造が形成される。

第１温度特性補正構造と、第２温度特性補正構造と、第３温度特性補正構造とを合わせた複合構造を、対物光学素子の光学面に形成する場合の一例を示す。温度補正構造が設けられる光学面を平面と仮定して、第１の温度特性補正構造の光軸を含む断面形状が、図５（ａ）に示すように、光軸から所定の高さまでは、第１温度特性補正構造の範囲内で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、第２温度特性補正構造の範囲内で光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造となっている。また、第３の温度特性補正構造は鋸歯状の光路差付与構造となっている。以上の構成を言い換えると、第１の温度特性補正構造と、第２の温度特性補正構造とを合わせた複合構造において、光軸からの高さが大きくなるにつれて、光軸方向に深くなっていき、所定の高さを超えたところで、光軸方向に浅くなっていく構造といえる。段差の深さが変わる位置（段差の深さが最も深い位置）は、第２温度特性補正構造内であってもよいし、第１温度特性補正構造内であってもよいし、第１温度特性補正構造と第２温度特性補正構造の境界であってもよい。この様な構造を、単玉の非球面レンズからなる対物光学素子の光学面に設けることが、好ましい例の一つとして挙げられる。

次に、他の例を示す。第１の温度特性補正構造と、第２の温度特性補正構造と、第３の温度特性補正構造とを合わせた複合構造が設けられる光学面を平面と仮定して、第１の温度特性補正構造の光軸を含む断面形状が、図５（ｂ）に示すように、光軸から所定の高さまでは、第１の温度特性補正構造及び第２の温度特性補正構造の範囲内で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、第３の温度特性補正構造の範囲内で光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造となっている。以上の構成を言い換えると、第１の温度特性補正構造と、第２の温度特性補正構造と、第３の温度特性補正構造とを合わせた複合構造において、光軸からの高さが大きくなるにつれて、光軸方向に深くなっていき、所定の高さを超えたところで、光軸方向に浅くなっていく構造といえる。段差の深さが変わる位置（段差の深さが最も深さが深い位置）は、第２温度特性補正構造内であってもよいし、第３温度特性補正構造内であってもよいし、第２温度特性補正構造と第３温度特性補正構造の境界であってもよい。この場合、光軸からの高さが第３温度特性補正構造に至る前に、複合構造の光軸方向の深さが戻ると好ましい。この様な構造を、平板状の光学素子と非球面レンズとからなる対物光学素子の平板状の光学素子の光学面に設けることが、好ましい例の一つとして挙げられる。

特に好ましい第１温度特性補正構造は、第１温度特性補正構造を通過した第１光束のｒ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２光束のｓ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３光束のｔ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ている光路差付与構造と表した際、（ｒ、ｓ、ｔ）＝（１０，６，５）または（２，１，１）となっている構造である。第１温度特性補正構造をこの様な構造とすることで、製造がしやすい光学素子を得ることができる。特に、第１光束の２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２光束の１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３光束の１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た場合、波長変動時の回折効率の低下を抑えることができるので好ましい。

更に、好ましい第２温度特性補正構造は、第２温度特性補正構造を通過した第１光束のｕ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２光束のｖ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ている光路差付与構造と表した際、（ｕ、ｖ）＝（１０，６）、（５，３）又は（２，１）となっている構造である。

第３温度特性補正構造は、第３温度特性補正構造を通過した第１光束の任意の整数の回折光量を他のいかなる次数の回折光量より大きくすれば足りる。しかしながら、製造の容易さの観点から、最大の光量となる回折光の回折次数が５次以下である事が好ましい。

また、第１乃至第３温度特性補正構造は、ＮＡ２以下に相当する領域は全て同一の構造としてもよいし、ＮＡ３を境にして、その構造を変化させてもよい。

ここで、上述の第１乃至第３温度特性補正構造であって、且つ、その複合構造が光軸からの高さが大きくなるにつれて、光軸方向に深くなっていき、所定の高さを超えたところで、光軸方向に浅くなっていく構造による温度変化によって発生する球面収差の補正の原理を説明する。図６中の線（Ａ）は、プラスチック製であり非球面である２つの光学面を有するある一例の単レンズの、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。特に単レンズがプラスチック製の場合、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、第１乃至第３温度特性補正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、かかる第１の温度特性補正構造とレンズの屈折面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、かかる第１乃至第３温度特性補正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、かかる第１乃至第３の温度特性補正構造により温度収差が補正されることが理解できる。

対物光学素子には、光路差付与構造である互換用構造を設けることができる。互換用構造とは、光ディスクの保護基板の厚さに応じて発生する球面収差を光束の波長差を利用して補正する構造である。対物光学素子が、平板状の光学素子とレンズからなる場合、互換用構造は平板状の光学素子に設けられていても良いし、レンズに設けられていても良い。平板状の光学素子に互換用構造を設ける場合、一方の光学面に第１乃至第３の温度特性補正構造を設け、他方の光学面に互換用構造を設けても良いし、一方の光学面において第１乃至第３の温度特性補正構造と互換用構造とを重畳させても良い。一方、レンズに互換用構造を設ける場合、光源側の光学面に第１乃至第３の温度特性補正構造と互換用構造とを重畳させるのが好ましいが、別の光学面にそれぞれ形成しても良い。対物光学素子が単玉のレンズのみからなる場合、光源側の光学面に第１乃至第３の温度特性補正構造と互換用構造とを重畳させるのが好ましいが、別の光学面にそれぞれ形成しても良い。

互換用構造も、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、互換用構造も、図１乃至図３に示すような様々な断面形状（光軸を含む面での断面形状）をとり得る。加えて、図４に示すような、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４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４に示す例では４段）の高さだけ段をシフトさせた形状もあり得る。また、図８でＤ２として示されているようなバイナリ構造もあり得る。

以下に、対物光学素子が単玉のプラスチック製の非球面レンズである場合の、好ましい互換用構造の例を示す。

対物光学素子の中央領域には、第一温度特性補正構造に第一互換用構造が重ねあわされて設けられることが好ましい。ここでいう第一互換用構造は、第一基礎構造と第二基礎構造とを重ねあわせた構造であることが好ましい。

第一基礎構造は、第一基礎構造を通過した第一光束の２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、第二光束の１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、第三光束の１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光路差付与構造である。また、第一基礎構造は、第一基礎構造を通過した第二光束の回折角を、第一光束及び第三光束の回折角と異ならせる光路差付与構造であることが好ましい。

また、第二基礎構造は、第二基礎構造を通過した第一光束の０次（透過光）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、第二光束の０次（透過光）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、第三光束の±１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光路差付与構造である。また、第二基礎構造は、第二基礎構造を通過した第三光束の回折角を、第一光束及び第二光束の回折角と異ならせる光路差付与構造であることが好ましい。尚、第二基礎構造の形状の好ましい一例としては、図８でＤ２として示されているようなバイナリ構造が挙げられる。

対物光学素子の中間領域には、第二温度特性補正構造に第二互換用構造が重ねあわされて設けられることが好ましい。第二互換用構造は、第一基礎構造、第三基礎構造又は第四基礎構造のいずれかであることが好ましい。

第三基礎構造は、第三基礎構造を通過した第一光束の１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、第二光束の１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、第三光束の１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光路差付与構造である。

第四基礎構造は、第四基礎構造を通過した第一光束の３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、第二光束の２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、第三光束の２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光路差付与構造である。

対物光学素子の周辺領域は、第三温度特性補正構造のみを有し、互換用構造を有さないことが好ましい。

次に、対物光学素子が、平板状の光学素子と非球面レンズとを有し、平板状の光学素子に温度特性補正構造と互換用構造とが設けられている場合の、好ましい互換構造の例を示す。

平板状の光学素子は、互いに対向する第１の光学面と第２の光学面を有し、第１の光学面が光源側、第２の光学面が光ディスク側及び非球面レンズ側となる。平板状の光学素子の第２の光学面の中央領域には、温度特性補正構造は設けられておらず、第一互換用構造のみが設けられている。ここでいう第一互換用構造は、第二基礎構造のみからなることが好ましい。平板状の光学素子の第２の光学面の中間領域及び周辺領域には、互換用構造も温度特性補正構造も設けられていないことが好ましい。

一方、平板状の光学素子の第１の光学面の中央領域には、第一温度特性補正構造と、第二互換用構造とが重ねあわされて設けられている。第二互換用構造は、第五基礎構造のみからなる。

第五基礎構造は、第五基礎構造を通過した第一光束の０次（透過光）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、第二光束の１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、第三光束の０次（透過光）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光路差付与構造である。また、第五基礎構造は、第五基礎構造を通過した第二光束の回折角を、第一光束及び第三光束の回折角と異ならせる光路差付与構造である好ましい。尚、第五基礎構造の形状の好ましい一例としては、図４に示すような、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４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４に示す例では４段）の高さだけ段をシフトさせた形状が挙げられる。

また、平板状の光学素子の第１の光学面の中間領域には、第二温度特性補正構造と、第三互換用構造とが重ねあわされて設けられていることが好ましい。第三互換用構造は、第五基礎構造のみからなることが好ましい。

平板状の光学素子の第１の光学面の周辺領域には、第三温度特性補正構造のみが設けられていることが好ましい。

また、本発明の温度特性補正構造を有する事により、温度特性が下記の条件式（６）及び（７）、
＋０．０００４５≦δＳＡＴ１／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００２７
（６）
−０．０４５≦δＳＡλ／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（ｎｍ・ｍｍ））≦ −０．００４５
（７）
を満たすことが好ましい。

但し、δＳＡＴ１は、使用波長（この場合、温度変化に伴う波長変動がないとする）における第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の対物光学素子のδＳＡ３／δＴを表す。使用波長とは、対物光学素子を有する光ピックアップ装置で用いられている光源の波長をいう。好ましくは、使用波長は、４００ｎｍ以上、４１５ｎｍ以下の範囲の波長であって、対物光学素子を介して、第１光ディスクの記録及び／又は再生を行うことができる波長である。使用波長を上述のように設定できない場合は、４０５ｎｍを使用波長として、対物光学素子のδＳＡＴ１及び後述するδＳＡＴ２、δＳＡＴ３を求めてもよい。即ち、δＳＡＴ１は、使用波長（波長変動なし）における第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の対物光学素子の３次球面収差の温度変化率（温度特性）を指す。なお、ＷＦＥは、３次球面収差が波面収差で表現されていることを示している。また、δＳＡλは、環境温度一定の状況下で、使用波長における第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際のδＳＡ３／δλを表す。即ち、δＳＡλは、環境温度一定の状況下で、使用波長における第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の対物光学素子の３次球面収差の波長変化率（波長特性）を指す。尚、環境温度は室温である事が好ましい。室温とは、１０℃以上、４０℃以下であり、好ましくは、２５℃である。ｆは、第一光束の使用波長（好ましくは４０５ｎｍ）における対物光学素子の焦点距離を指す。

より好ましくは、下記の条件式（６）’、
＋０．０００９１≦δＳＡＴ１／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００１８
（６）’
を満たすことである。

また、好ましくは、下記の条件式（７）’、
−０．０３２ ≦δＳＡλ／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（ｎｍ・ｍｍ））≦ −０．００９１
（７）’
を満たすことであり、更に好ましくは下記の条件式（７）’’、
−０．０１５ ≦δＳＡλ／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（ｎｍ・ｍｍ））≦ −０．０１１
（７）’’
を満たすことである。

更に言えば、対物光学素子の温度変化に伴う屈折率変化による球面収差の変化を、温度変化に伴う第一波長の波長変化により補正するような球面収差の波長依存性を対物光学素子が有することが好ましい。好ましくは、以下の条件式（８）、
０≦δＳＡＴ２／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．００１３６
（８）
を満たすことである。

但し、δＳＡＴ２は、４０５ｎｍの使用波長（温度変化に伴う波長変動が０．０５ｎｍ／℃）（好ましくは４０５ｎｍ）における第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の前記対物光学素子のδＳＡ３／δＴを表す。即ち、δＳＡＴ２は、使用波長（温度変化に伴う波長変動が０．０５ｎｍ／℃）における第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の対物光学素子の３次球面収差の温度変化率（温度特性）を指す。

また、光ピックアップ装置の集光光学系がコリメータレンズ等のカップリングレンズを有し、そのカップリングレンズがプラスチックレンズである場合、以下の条件式（９）、
０≦δＳＡＴ３／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．０００９１
（９）
を満たすことが好ましい。

但し、δＳＡＴ３は、使用波長（温度変化に伴う波長変動が０．０５ｎｍ／℃（好ましくは４０５ｎｍ）における第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際のカップリングレンズと対物光学素子を含んだ光学系全体のδＳＡ３／δＴを表す。即ち、δＳＡＴ３は、使用波長（温度変化に伴う波長変動が０．０５ｎｍ／℃）における第１光ディスクの記録及び／又は再生を行う際の光学系全体の３次球面収差の温度変化率（温度特性）を指す。

より好ましくは、下記の条件式（９）’、
０≦δＳＡＴ３／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．０００４５
（９）’
を満たすことである。

より好ましくは、下記の条件式（９）’’、
＋０．００００５≦δＳＡＴ３／ｆ（ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ））≦＋０．０００３
（９）’’
を満たすことである。

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、低コストでありながら３種類の異なる光ディスクに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物光学素子及び光ピックアップ装置を提供することができる。

光路差付与構造の例を示す図である。 光路差付与構造の例を示す図である。 光路差付与構造の例を示す図である。 光路差付与構造の例を示す図である。 第１光路差付与構造を説明するための図である。 温度特性補正構造による温度変化に起因した収差劣化を補正をする原理を説明するための図である。 本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。 本実施の形態にかかる対物光学素子ＯＢＵの断面図である。 対物光学素子ＯＢＵの一部を拡大して示す断面図である。 別な実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。 本発明に係る対物光学素子ＯＢＪの一例を模式的に示す断面図である。 実施例２のＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに関する縦球面収差図である。 第１の温度特性補正構造及び第２の温度特性補正構造（図１３（ｂ）に示す形状）と、４段の小階段構造を複数有する第２及び第３の互換用構造（図１３（ａ）に示す形状）とを重ね合わせた例を示す図である。

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
Ｃ１ 領域
Ｃ２ 領域
Ｃ３ 領域
Ｃ４ 領域
ＣＬ コリメート光学系
Ｄ１ 第１の光路差付与構造
Ｄ２ 第２の光路差付与構造
ＨＬ 鏡枠
Ｌ１ 第１の光学素子
Ｌ２ 第２の光学素子
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
ＬＬ レーザ光
ＬＭ レーザモジュール
Ｍ１ マーカ
Ｍ２ マーカ
ＭＬ 立上げミラー
ＮＡ１ 開口数
ＮＡ２ 開口数
ＮＡ３ 開口数
ＯＡ１ 光軸
ＯＡ２ 光軸
ＯＢＵ 対物光学素子
ＯＢＪ 対物光学素子
Ｐ１ 第１プリズム
Ｐ２ 第２プリズム
Ｐ３ 第３プリズム
ＰＤ 光検出器
ＰＬ１ 保護基板
ＰＬ２ 保護基板
ＰＬ３ 保護基板
ＰＰＳ ダイクロイックプリズム
ＰＵ 光ピックアップ装置
ＰＵ１ 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
Ｓ１ 光源側の光学面
Ｓ２ 光ディスク側の光学面
ＳＥ センサー光学系
ＳＴＯ 絞り

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず、図７を用いて本発明による対物光学素子を用いた光ピックアップ装置について説明する。図７は、高密度光ディスクＢＤ（第１光ディスク）とＤＶＤ（第２光ディスク）とＣＤ（第３光ディスク）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（設計波長）λ１＝４０５ｎｍ、保護基板ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５（以下、この開口数をＮＡ１とする）であり、ＤＶＤの仕様は、第２波長（設計波長）λ２＝６５８ｎｍ、保護基板ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０（以下、この開口数をＮＡ２とする）であり、ＣＤの仕様は、第３波長（設計波長）λ３＝７８５ｎｍ、保護基板ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５（以下、この開口数をＮＡ３とする）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用の波長λ１の第１光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）、波長λ２の第２光束を射出するＤＶＤ用の赤色半導体レーザＬＤ２（第２光源）、波長λ３の第３光束を射出するＣＤ用の赤外半導体レーザＬＤ３（第３光源）、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ共用の受光素子ＰＤ、対物光学素子ユニットＯＢＵ、コリメートレンズ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。

図８は、本実施の形態にかかる対物光学素子ＯＢＵの断面図である。対物光学素子ユニットＯＢＵは、プラスチック製の平板状の第１の光学素子Ｌ１と、プラスチック製の非球面レンズである第２の光学素子Ｌ２とを、プラスチック製の鏡枠ＨＬで連結した構成を有する。図示はしていないが、第２の光学素子Ｌ２の光軸に対して、第１の光学素子Ｌ１の光軸は２．５度傾いている。

第１の光学素子Ｌ１は波長λ１の第１光束における屈折率が１．５６であり、アッベ数５０以上６０以下のポリオレフィン系のプラスチックを素材としており、光源側の第１の光学面Ｓ１は、便宜上、光軸を含む領域Ｃ２と、その周囲の領域Ｃ３とに分けられており、光ディスク側の第２の光学面Ｓ２は、光軸を含む領域Ｃ１と、その周囲の領域Ｃ４とに分けられている。なお、中央領域は領域Ｃ１の内側の範囲であり、中間領域は領域Ｃ１の外側であって領域Ｃ２の内側の範囲であり、周辺領域は領域Ｃ２の外側であって領域Ｃ３の内側の範囲である。ここで、領域Ｃ１の外縁が開口数ＮＡ３に相当し、領域Ｃ２の外縁が開口数ＮＡ２に相当し、領域Ｃ３の外縁が開口数ＮＡ１に相当する。

第１の光学素子Ｌ１の第１の光学面Ｓ１の領域Ｃ２には、第１光路差付与構造Ｄ１が形成されている。第１光路差付与構造Ｄ１は、光軸方向断面形状をとったとき、光軸からの高さが大きくなるにつれて、光軸方向にその深さが深くなる第１の温度特性補正構造及び第２の温度特性補正構造（図１３（ｂ）に示す形状）と、４段の小階段構造を複数有する第２及び第３の互換用構造（図１３（ａ）に示す形状）とを重ね合わせたものであり、図１３（ｃ）に示すような形状を有する。

第１の温度特性補正構造及び第２の温度特性補正構造は、第１の温度特性補正構造を通過した第１光束の２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２光束の１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３光束の１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光路差付与構造である。

第２及び第３の互換用構造は、第１光束の波長λ１と第２光束の波長λ２の波長差を利用して、ＢＤの保護基板の厚さｔ１と、ＤＶＤの保護基板の厚さｔ２との差に基づいて発生する球面収差を補正する構造である。第１の互換用構造は、第１の互換用構造を通過した第１光束の０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２光束の１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３光束の０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光路差付与構造であり、第２光束に対してのみパワーを有する光路差付与構造である。

第１の温度特性補正構造と第２の互換用構造とを重ね合わせることで、第１の温度特性補正構造の中心を通過した光束が、必ず第２の互換用構造の中心を通るようにできるため、波長変化や温度変化によるコマ収差を発生することなく適切に情報の記録／再生を行うことができる。

尚、第１の光学面Ｓ１の領域Ｃ３の周囲における周辺領域には、第３の温度特性補正構造のみからなる第３光路差付与構造が設けられている。第３光路差付与構造は、第３光路差付与構造を通過した第１光束の５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ている。

尚、第１温度特性補正構造、第２温度特性補正構造及び第３温度特性補正構造は、領域Ｃ２及びＣ３全体で捉えた際に、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深さが深くなり、光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って深さが浅くなる階段構造となっている。

更に、第１の光学素子Ｌ１の第２の光学面Ｓ２の領域Ｃ１には、バイナリ状の構造である第２光路差付与構造Ｄ２が形成されている。第２光路差付与構造Ｄ２は、第１光束の波長λ１と第３光束の波長λ３の波長差を利用して、ＢＤの保護基板の厚さｔ１と、ＣＤの保護基板の厚さｔ３の差に基づいて発生する球面収差を補正する第１の互換用構造のみからなる。

第１の互換用構造は、第１の互換用構造を通過した第１光束の０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２光束の０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３光束の±１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構造である。

第２の光学素子Ｌ２は、屈折率１．５６のポリオレフィン系のプラスチックからなる非球面レンズである。第２の光学素子Ｌ２は、第１の光学素子Ｌ１を介さなくても、単独で第１光束を、ＢＤの情報記録面上に集光する事が可能な設計となっている。

図９は、対物光学素子ユニットＯＢＵの一部を拡大して示す断面図である。対物光学素子ユニットＯＢＵにおいて、第１の光学素子Ｌ１の光軸ＯＡ１は、第２の光学素子Ｌ２の光軸ＯＡ２に対して角θ＝２．５°傾斜しているものとする。これにより、第１の光学素子Ｌ１からの反射光が受光素子に受光される恐れを少なくできる。また、図９に示すように、第１の光学素子Ｌ１の光源側の第１の光学面（すなわち、第１光路差付与構造及び第３光路差付与構造が設けられている光学面）の中心（光軸の位置）にはマーカＭ１が設けられており、第２の光学素子Ｌ２の中心（光軸の位置）にはマーカＭ２が設けられている。これらマーカＭ１、Ｍ２は、第１の光学素子Ｌ１と第２の光学素子Ｌ２のアライメントのために用られる。マーカは、塗料により設けてもよいし、凹部や凸部として設けてもよい。

第１の光学素子Ｌ１が傾斜していても対物光学素子ＯＢＵの結像特性を劣化させないためには、例えば光源側から第２の光学素子Ｌ２の光軸ＯＡ２に平行に入射するレーザ光ＬＬが第１の光学素子Ｌ１の中心であるマーカＭ１を通過し、さらに、第２の光学素子Ｌ２の中心であるマーカＭ２を通過し、光軸ＯＡ２に沿って進行するようにアライメントすることが望ましい。このように、マーカＭ１、Ｍ２を利用して光軸ＯＡ２方向に関して第２の光学素子Ｌ２と第１の光学素子Ｌ１の中心を同一光路上にすることにより、第１の光学素子Ｌ１の傾斜角θの値に関わらず、少なくとも対物光学素子ＯＢＵとして発生するコマ収差を（特に第１光束、第２光束について）低減することができる。

なお、第１の光路差付与構造、第３の光路差付与構造が、第１の光学素子の光源側の面ではなく、光ディスク側の面に設けられている場合は、第１の光学素子のマーカも光ディスク側の面に設け、そのマーカと第２光学素子のマーカとが同一光路になるようにアライメントする事が好ましい。

第１の光学素子Ｌ１のマーカＭ１を第２の光学素子Ｌ２の光軸ＯＡ２上に配置する手法としては、鏡枠ＨＬに取り付けられた第２の光学素子Ｌ２を光軸ＯＡ２上で図面左側から観察しつつ、第２の光学素子Ｌ２の手前側に第１の光学素子Ｌ１を配置し、両マーカＭ１、Ｍ２が一致するように第１の光学素子Ｌ１を鏡枠ＨＬ内で移動させる。これにより、図９に示すような状態が達成され、対物光学素子ＯＢＵの結像特性を確保することができる。

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から波長λ１の青紫色レーザ光束（第１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７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ＯＢＵ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ＯＢＵ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。尚、第１光束は、第１の光学素子Ｌ１の第１の光学面Ｓ１を透過し、第２の光学面Ｓ２も透過し、平行光束の状態で第２の光学素子Ｌ２に入射し、ＮＡ１以内（すなわち、Ｃ２とＣ３を合わせた領域、または、Ｃ１とＣ４を合わせた領域）の範囲の第１光束が全て、第２の光学素子Ｌ２によってＢＤの情報記録面上に集光される。また、環境温度が変化した場合は、前述したメカニズムによって、球面収差の変動が抑えられる。

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ＯＢＵ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、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。受光素子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から波長λ２の赤色レーザ光束（第２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７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、対物光学ユニットＯＢＵ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ＯＢＵ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。尚、第２光束は、第１の光学素子Ｌ１の第１の光学面Ｓ１の領域Ｃ２において発散光に変換され、領域Ｃ３においては透過する。領域Ｃ２を通過し、発散光に変換された第２光束は、第２の光学面Ｓ２を透過し、発散光として第２の光学素子に入射し、ＤＶＤの情報記録面上に集光される。一方、領域Ｃ３を透過した第２光束は、平行光束のまま第２の光学素子に入射し、第２の光学素子によって集光スポットを形成されず、ＤＶＤの情報記録面上においてフレアとなる。従って、ＮＡ２以内の範囲（即ち、Ｃ２領域）の第２光束が、ＤＶＤの情報記録面上に集光され、ＮＡ２より大きい範囲（即ち、Ｃ３領域）の第２光束は、フレアとなる。

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ＯＢＵ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、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。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。

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から波長λ３の赤外レーザ光束（第三光束）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７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ＯＢＵ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。対物光学ユニットＯＢＵ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。尚、第３光束は、第１の光学素子Ｌ１の第１の光学面Ｓ１を透過する。そして、第３光束は、第１の光学素子Ｌ１の第２の光学面Ｓ２の領域Ｃ１において発散光に変換され、領域Ｃ４においては透過する。領域Ｃ１を通過し、発散光に変換された第３光束は、発散光として第２の光学素子に入射し、ＣＤの情報記録面上に集光される。一方、領域Ｃ４を透過した第３光束は、平行光束のまま第２の光学素子に入射し、第２の光学素子によって集光スポットを形成されず、ＣＤの情報記録面上においてフレアとなる。従って、ＮＡ３以内の範囲（即ちＣ１領域）の第３光束が、ＣＤの情報記録面上に集光され、ＮＡ３より大きい範囲（即ちＣ４領域）の第３光束は、フレアとなる。

情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学ユニットＯＢＵ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、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。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。

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眉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。

図１０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／再生を行うことができる別な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（第一光束）を射出する第一半導体レーザＬＤ１（第一光源）と、ＢＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第一の受光素子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（第二光束）を射出する第二半導体レーザＥＰ１（第二光源）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（第三光束）を射出する第三半導体レーザＥＰ２（第三光源）と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第二の受光素子ＤＳ１と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第三の受光素子ＤＳ２と、プリズムＰＳと、を有している。

図１１に示されるように、本実施の形態の対物光学素子ＯＢＪは、単玉のプラスチック非球面レンズである。本実施の形態の対物光学素子ＯＢＪにおいて、光源側の非球面光学面に光軸を含む中央領域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。なお、図１１においては中央領域、中間領域、周辺領域の面積などの比率は正確には表されていない。中央領域ＣＮには、上述したような輪帯状段差である第１の温度特性補正構造と第１の互換用構造を重畳した第１光路差付与構造が形成され、中間領域ＭＤには、上述したような輪帯状段差である第２の温度特性補正構造と第２の互換用構造を重畳した第２光路差付与構造が形成され、周辺領域ＯＴには輪帯状段差である第３の温度特性補正構造が形成されている。第１の温度特性補正構造は、第１光束の１０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２光束の６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３光束の５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ようになっている。第２の温度特性補正構造は、第１光束の５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２光束の３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３光束の２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ようになっている。第３の温度特性補正構造は、第１光束の５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２光束の３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３光束の２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ようになっている。

また、第１の互換用構造は、第１の基礎構造と第２の基礎構造を重ねあわせた構造である。第１の基礎構造は、第１光束の２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２光束の１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３光束の１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ようになっている。第２の基礎構造は、第１光束の０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２光束の０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３光束の±１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ようになっている。第２の互換用構造は、第１の基礎構造のみからなる。

青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された第一光束（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により平行光束とされた後、図示しないλ／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、絞りＳＴによりその光束径が規制され、対物光学素子ＯＢＪによって厚さ０．０８７５ｍｍ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ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、図示しないλ／４波長板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、第一の受光素子ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、第一の受光素子ＰＤ１の出力信号を用いて、２軸アクチュエータＡＣにより対物光学素子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。

赤色半導体レーザＥＰ１から射出された第二光束（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により平行光束とされた後、図示しないλ／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、対物光学素子ＯＪＴに入射する。ここで、対物光学素子ＯＢＪ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ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、図示しないλ／４波長板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、第二の受光素子ＤＳ１に収束する。そして、第二の受光素子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。

赤外半導体レーザＥＰ２から射出された第三光束（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により平行光束とされた後、図示しないλ／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、対物光学素子ＯＪＴに入射する。ここで、対物光学素子ＯＢＪ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ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、図示しないλ／４波長板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、第三の受光素子ＤＳ２に収束する。そして、第三の受光素子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。

青紫色半導体レーザＬＤ１から出射された第一光束が平行光束で対物光学素子ＯＢＪに入射したときに、中央領域の第一光路差付与構造、中間領域の第二光路差付与構造及び周辺領域の第三光路差付与構造は、第一光束の球面収差を適正に補正し、保護基板の厚さｔ１のＢＤ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。又、赤色半導体レーザＥＰ１から出射された第二光束が平行光束で対物光学素子ＯＢＪに入射したときに、中央領域の第一光路差付与構造、中間領域の第二光路差付与構造は、ＢＤとＤＶＤの保護基板の厚さの差異及び第一光束と第二光束の波長の差異に起因して発生する第二光束の球面収差を適正に補正し、周辺領域は第二光束をＤＶＤの情報記録面上でフレアとするため、保護基板の厚さｔ２のＤＶＤ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。又、赤外半導体レーザＥＰ２から出射された第三光束が平行光束で対物光学素子ＯＢＪに入射したときに、中央領域の第一光路差付与構造は、ＢＤとＣＤの保護基板の厚さの差異及び第一光束と第三光束の波長の差異に起因して発生する第三光束の球面収差を適正に補正し、中間領域の第二光路差付与構造及び周辺領域は第三光束をＣＤの情報記録面上でフレアとするため、保護基板の厚さｔ３の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。また、中央領域の第一光路差付与構造は、記録再生に用いられる第三光束の必要光の集光スポットと、第三光束の不要光の集光スポットとを適正な距離だけ離し、それにより、ＣＤを用いた際のトラッキング特性も良好にする。加えて、周辺領域の第二光路差付与構造は、第一光束及び第二光束に対して、レーザの製造誤差等の理由によって波長が基準波長からずれた際に、スフェロクロマティズム（色球面収差）を補正することができる。
＜実施例１＞
次に、上述の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。実施例１は、図７に示す光ピックアップ装置に適用されるものであり、対物光学素子は、上述したようにポリオレフィン系のプラスチック製の平板状光学素子と、ポリオレフィン系のプラスチック製の非球面レンズとからなる。

表１及び表２に実施例１のレンズデータを示す。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、２．５Ｅ―３）を用いて表すものとする。

対物光学素子の光学面は、それぞれ数１式に、表１に示す係数を代入した数式で規定される、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は光軸からの高さである。

また、光路差付与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１に示す係数を代入した数式で規定される。

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、Ｂ_２ｉは光路差関数の係数である。

また、実施例１の対物光学素子の温度特性については、δＳＡＴ１は、＋０．００３７ＷＦＥλｒｍｓ／℃であり、δＳＡＴ２は、＋０．００２２ＷＦＥλｒｍｓ／℃である。また、第一波長における対物光学素子のｆが２．２ｍｍであるので、δＳＡＴ１／ｆは、＋０．００１７ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ）。δＳＡＴ２／ｆは、＋０．００１ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ）。また、実施例１の対物光学素子の波長特性については、δＳＡλが、−０．０２８４λｒｍｓ／ｎｍであり、δＳＡλ／ｆが、−０．０１２９λｒｍｓ／（ｎｍ・ｍｍ）である。また、実施例２で用いるコリメータと同様のコリメータを用いた場合、δＳＡＴ３は、＋０．０００５ＷＦＥλｒｍｓ／℃である。
＜実施例２＞
以下の実施例２は、図１０の光ピックアップ装置に適用できるものであり、対物光学素子は、単玉のポリオレフィン系のプラスチックレンズである。対物光学素子の光学面の中央領域ＣＮの全面には、第一光路差付与構造が形成されている。光学面の中間領域ＭＤの全面には、第二光路差付与構造が形成されている。光学面の周辺領域ＯＴの全面には、第三光路差付与構造が設けられている。

また、実施例２において、第一光路差付与構造は、第一温度特性補正構造（第一基礎構造と第二基礎構造とを重ねあわせた構造）と第一互換用構造を重ねあわせた構造であって、二種類の鋸歯状の回折構造とバイナリ構造とが重畳された形状となっている。断面形状は、図１１においてＣＮと示されている部分として示されている。鋸歯状の回折構造である第一温度特性補正構造は、第１光束の１０次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第２光束の６次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第３光束の５次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光量よりも大きくするように設計されている。

実施例２において、第二光路差付与構造は、図１１のＭＤとして示されているように、第二温度特性補正構造と第二互換用構造とを重ねあわせた構造であって、二種類の鋸歯状の回折構造が重畳された形状となっている。第二温度特性補正構造は、第１光束の５次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第２光束の３次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第３光束の３次及び２次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光量よりも大きくするように設計されている。

実施例２において、第三光路差付与構造は、図１１のＯＴとして示されているように、第三温度特性補正構造のみを有する構造となっており、一種類の鋸歯状の回折構造のみを有する形状となっている。第三温度特性補正構造は、第１光束の５次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第２光束の３次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光の光量よりも大きくし、第３光束の３次及び２次の回折光の光量を他のいかなる次数（０次即ち透過光も含む）の回折光量よりも大きくするように設計されている。

以下の表３〜表５に、実施例２のレンズデータを示す。また、図１２において、実施例２にかかる縦球面収差図を示す。図１２（ａ）はＢＤに対する縦球面収差図であり、図１２（ｂ）はＤＶＤに対する縦球面収差図であり、図１２（ｃ）はＣＤに対する縦球面収差図である。縦球面収差図の縦軸の１．０は、図１２（ａ）に示すＢＤにおいては、ＮＡ０．８５またはφ３．７４ｍｍを表し、図１２（ｂ）に示すＤＶＤにおいては、ＮＡ０．６より僅かに大きな値、または、φ２．７０ｍｍより僅かに大きな値を表し、図１２（ｃ）に示すＣＤにおいては、ＮＡ０．４５より僅かに大きな値、または、φ２．３７ｍｍより僅かに大きな値を表す。なお、実施例２において、Ｌ＝０．６０ｍｍである。したがって、Ｌ／ｆ＝０．６０／２．５３＝０．２３７である。但し、ｆ［ｍｍ］は第一光路差付与構造を通過し、第一ベストフォーカスを形成する第三光束の焦点距離を指し、Ｌ［ｍｍ］は第一ベストフォーカスと第二ベストフォーカスの間の距離を指す。第一ベストフォーカスは第三光束の回折光のうち最も多くの光量の回折光が形成するスポットの位置であり、第二ベストフォーカスは、第三光束の回折光のうち次に多くの光量の回折光が形成するスポットの位置である。本実施例では、第一ベストフォーカスを、ＣＤの記録再生に用いている。

また、実施例２の対物光学素子の温度特性については、δＳＡＴ１は、＋０．００３３ＷＦＥλｒｍｓ／℃であり、δＳＡＴ２は、＋０．００１９ＷＦＥλｒｍｓ／℃である。また、第一波長における対物光学素子のｆが２．２ｍｍであるので、δＳＡＴ１／ｆは、＋０．００１５ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ）。δＳＡＴ２／ｆは、＋０．０００９ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ）。また、実施例２の対物光学素子の波長特性については、δＳＡλが、−０．０３λｒｍｓ／ｎｍであり、δＳＡλ／ｆが、−０．０１３６λｒｍｓ／（ｎｍ・ｍｍ）である。

さらに、コリメータレンズＣＬとして、対物光学素子と同じ材料（ポリオレフィン系のプラスチック）で作られた単玉のコリメータレンズＣＬを用いて、実施例２の対物光学素子を組み合わせて用いた場合、δＳＡＴ３は、＋０．０００４ＷＦＥλｒｍｓ／℃であり、δＳＡＴ３／ｆは、＋０．０００２ＷＦＥλｒｍｓ／（℃・ｍｍ）である。コリメータレンズのレンズデータを以下の表６に示す。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

Claims (12)

1. 波長λ１（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源と、波長λ３（ｎｍ）（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３光源と、対物光学素子とを有する光ピックアップ装置用の対物光学素子であって、
   前記対物光学素子は、少なくとも１つのプラスチック製のレンズを有し、
   前記対物光学素子の光学面は、光軸を含む中央領域と、前記中央領域の周囲に配置された中間領域と、前記中間領域の周囲に配置された周辺領域の、少なくとも３つの領域を含み、
   前記対物光学素子が、前記中央領域と前記中間領域と前記周辺領域とを通過した前記第１光束を、厚さｔ１の保護基板を介して第１光ディスク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、又、前記中央領域と前記中間領域とを通過した前記第２光束を、厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護基板を介して第２光ディスク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、前記中央領域を通過した前記第３光束を、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板を介して第３光ディスク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、
   前記中央領域は、同心円状の複数の輪帯状段差を有する第１温度特性補正構造を有し、
   前記中間領域は、同心円状の複数の輪帯状段差を有する第２温度特性補正構造を有し、
   前記周辺領域は、同心円状の複数の輪帯状段差を有する第３温度特性補正構造を有し、
   前記第１温度特性補正構造は、前記第１温度特性補正構造を通過した前記第１光束のｒ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、前記第１温度特性補正構造を通過した前記第２光束のｓ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、前記第１温度特性補正構造を通過した前記第３光束のｔ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光路差付与構造であり、
   前記第２温度特性補正構造は、前記第２温度特性補正構造を通過した前記第１光束のｕ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、前記第２温度特性補正構造を通過した前記第２光束のｖ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光路差付与構造であり、
   前記第３温度特性補正構造は、前記第３温度特性補正構造を通過した前記第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する光路差付与構造であり、
   （ｒ、ｓ、ｔ）＝（１０，６，５）又は（２，１，１）
   （ｕ、ｖ）＝（１０，６）、（５，３）又は（２，１）
   ｘは任意の整数であることを特徴とする光ピックアップ装置用の対物光学素子。
2. （ｒ、ｓ、ｔ）＝（２，１，１）
   （ｕ、ｖ）＝（５，３）又は（２，１）
   ｘ＝１〜５であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子。
3. 前記第１温度特性補正構造と前記第２温度特性補正構造とを合わせてなる複合構造は、光軸からの高さが高くなるにつれて光軸方向に深くなり、所定の高さを境に、光軸からの高さが高くなるにつれて光軸方向に浅くなることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子。
4. 前記第１温度特性補正構造と前記第２温度特性補正構造と前記第３温度特性補正構造とを合わせてなる複合構造は、光軸からの高さが高くなるにつれて光軸方向に深くなり、所定の高さを境に、光軸からの高さが高くなるにつれて光軸方向に浅くなることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子。
5. 光軸からの高さが、前記第３温度特性補正構造に至る前に、前記複合構造の光軸方向の深さが戻ることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子。
6. 前記対物光学素子を形成するプラスチックが、−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の範囲内であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子。
7. 前記対物光学素子は、平板状の光学素子と、非球面を有するレンズとを有することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子。
8. 前記平板状の光学素子が、前記第１温度特性補正構造と前記第２温度特性補正構造と前記第３温度特性補正構造とを有することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子。
9. 前記レンズが、前記第１温度特性補正構造と前記第２温度特性補正構造と前記第３温度特性補正構造とを有することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子。
10. 前記対物光学素子は、プラスチック製の単玉のレンズのみからなることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子。
11. 同心円状の複数の輪帯状段差を有する互換用構造を、前記第１乃至前記第３温度特性補正構造に重ねた構造を有することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれかに記載の光ピックアップ装置用の対物光学素子。
12. 請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれかに記載の対物光学素子を有することを特徴とする光ピックアップ装置。