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JP2005166227A - 光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、エキスパンダーレンズ、カップリングレンズ、及び色収差補正用光学素子 - Google Patents

光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、エキスパンダーレンズ、カップリングレンズ、及び色収差補正用光学素子 Download PDF

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JP2005166227A JP2004071010A JP2004071010A JP2005166227A JP 2005166227 A JP2005166227 A JP 2005166227A JP 2004071010 A JP2004071010 A JP 2004071010A JP 2004071010 A JP2004071010 A JP 2004071010A JP 2005166227 A JP2005166227 A JP 2005166227A
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Konica Minolta Opto Inc
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Abstract

【課題】レーザ光源波長が異なる高密度光ディスク等の複数種類の光ディスクに対して互換性を維持しつつ、且つ小型化等に適した光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、エキスパンダーレンズ、カップリングレンズ、及び色収差補正用光学素子を提供する。
【解決手段】光ピックアップ装置が、波長λ１と波長λ２の光束を射出する光源、対物レンズユニット、光源と対物レンズユニットとの間であって第１光束及び第２光束の共通光路中に配置される色収差補正用光学ユニット及び球面収差補正用光学ユニットを備える。そして、球面収差補正用光学ユニットが、その構成レンズ群と対物レンズユニットとの間隔を可変調整することで、対物レンズユニットへの入射光束のマージナル光線の傾角を変化させる。また、色収差補正用光学ユニットが回折面を有し、最大の回折効率を有する第２光束の回折次数が、第１光束の回折次数より低くなるように設計される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、エキスパンダーレンズ、カップリングレンズ、及び色収差補正用光学素子に関する。
近年、映像情報などの光記録媒体として急速に普及しつつあるＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）は、波長６５０ｎｍの赤色半導体レーザと開口数（ＮＡ）０．６の対物レンズを使用することで１面あたり４．７ＧＢの情報を記録が可能であるが、より高密度な情報を高い転送レートで記録／再生するために、更なる高密度化・大容量化の要望が強くなってきている。光ディスクの高密度化・大容量化を達成するためには、周知のように対物レンズで集光されるスポットの径を小さくすればよく、そのためには、レーザ光源の短波長化や対物レンズの高開口数化が必要となる。
レーザ光源の短波長化に関しては、波長４０５ｎｍの青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザ等が実用化されつつあり、これらの青紫色レーザ光源とＮＡ０．６の対物レンズとの組合せにより、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１面あたり１５ＧＢ程度の情報の記録が可能となる（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」と呼ぶ）。
また、対物レンズの高ＮＡ化に関しては、青紫色レーザ光源からの光束をＮＡ０．８５の対物レンズにより集光して情報の記録／再生を行う光ディスクの規格が提案されており、この規格の光ディスクでは、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１面あたり２３ＧＢ程度の情報の記録が可能である。
高密度光ディスクに対して適切に情報を記録／再生できるようにするためには、色収差を補正する手段を設けることで、モードホッピングとよばれるレーザ光源の瞬間的な波長変化による集光性能の劣化を防ぐ必要がある。これは、青紫色領域におけるレンズ材料の波長分散が非常に大きくなるため、わずかな波長変化に対してもフォーカス誤差が大きく発生するためである。低コスト化、軽量化、小型化に適した色収差補正用の光学部品として、屈折レンズの表面に回折構造を形成した回折レンズがある。
ところで、このような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に搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスク、ＤＶＤ、及びＣＤ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、ＤＶＤ、及びＣＤ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部品とＤＶＤやＣＤ用の光学部品とを情報を記録／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、複数の光学部品が必要となるので、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部品とＤＶＤやＣＤ用の光学部品とを共通化して、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。
従って、青紫色領域における色収差を補正するのための回折レンズを、互換性を有する光ピックアップ装置内に配置する場合には、高密度光ディスク用の青紫色レーザ光源からの光束のみが通過する光路中に配置するよりも、高密度光ディスク用の青紫色レーザ光源と、ＤＶＤやＣＤ用のレーザ光源からの光束が通過する光路中に配置した方が、光ピックアップ装置の構成が簡素となり、光学部品点数が削減できるので小型化、低コスト化が可能となる。
このように、高密度光ディスク用の青紫色レーザ光源と、ＤＶＤやＣＤ用のレーザ光源からの光束が通過する光路中に回折レンズを配置して青紫色領域における色収差を行うことで高密度光ディスクに対して適切に情報を記録／再生できる光ピックアップ装置の例は、例えば以下の特許文献１に記載されている。
特開２００１−６０３３６号公報
ところが、特許文献１においては、その図面及び記載から、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生を行う際の球面収差補正をどうするかについて開示がない。光ピックアップ装置において発生する球面収差は、対物レンズのＮＡの４乗と波長の逆数に比例して大きくなるので、高密度光ディスクに対して適切に情報を記録／再生できるようにするためには、上述の色収差補正に加え、球面収差を補正する手段を設けることで、高密度光ディスクの保護層の厚さ誤差、２層ディスクの記録層間のフォーカスジャンプ、青紫色レーザ光源の波長誤差等で発生する球面収差の補正も行う必要がある。即ち、特許文献１に記載されている光ピックアップ装置では、高密度光ディスク、ＤＶＤ、及びＣＤのうち、少なくとも高密度光ディスクに対しては適切に情報を記録／再生することはできない。
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、レーザ光源波長が異なる高密度光ディスク、ＤＶＤ、及びＣＤ等の複数種類の光ディスクに対して互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生を行え、小型化、軽量化、低コスト化に適した光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、エキスパンダーレンズ、カップリングレンズ、及び色収差補正用光学素子を提供することにある。
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び前記第１波長λ１の１．３倍より長い第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源の少なくとも２種類の光源と、前記２種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットと、前記２種類の光源と前記対物レンズユニットとの間であって前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置された色収差補正用光学ユニット及び球面収差補正用光学ユニットと、を有する光ピックアップ装置において、前記球面収差補正用光学ユニットは、その構成レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群と前記対物レンズユニットとの間隔を可変調整することで、前記対物レンズユニットへの入射光束のマージナル光線の傾角を変化させると共に、前記色収差補正用光学ユニットは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されていることを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、球面収差補正用光学ユニットの構成レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群と対物レンズユニットとの間隔を可変調整することで、対物レンズユニットへの入射光束のマージナル光線の傾角（マージナル光線と光軸とのなす角）を変化させることが可能である。このことは、球面収差補正用光学ユニットにより、対物レンズユニットの倍率を可変調整することに対応し、高密度光ディスクの情報記録面上のスポットの球面収差変化量に対応して、対物レンズユニットの倍率を変化させることで、光ディスクの情報記録面上のスポットの球面収差変化を補正することが可能である。これにより、高密度光ディスクの情報記録面上に形成されたスポットは常に球面収差が補正された状態を維持することができるので、高密度光ディスクに対する良好な記録／再生特性が得られる。
また、球面収差補正用光学ユニットは、４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束と第２波長λ２の第２光束との両方が通過する共通光路中に配置されているので、上述の球面収差補正は、高密度光ディスクに対する情報の記録／再生時だけでなく、例えばＤＶＤやＣＤ等の記録密度が低い光ディスクに対する情報の記録／再生時にも行うことが可能である。これにより記録密度が低い光ディスクに対する記録／再生特性がさらに改善されるので、光ピックアップ装置としての信頼性が向上する。
そして、色収差補正用光学ユニットの構成レンズ群上に形成された回折面は、その輪帯の段差の光軸方向の深さが、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効率を有する回折光の回折次数に対して、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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されている。これにより、光源の波長差が１．３倍より大きい場合にも、それぞれの光源の波長領域において十分な回折効率が得られるので、かかる色収差補正用光学ユニットを第１光束と第２波長λ２の第２光束との両方が通過する光路中に配置することが可能となり、小型化、軽量化、低コスト化に適した光ピックアップ装置を得ることができる。
尚、本明細書において、高密度光ディスクとは、上述したように、情報の記録／再生用の光源として、青紫色レーザ光源を使用する光ディスクの総称であり、ＤＶＤとは、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列の光ディスクの総称であり、ＣＤとは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列の光ディスクの総称である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差補正用光学ユニットと前記色収差補正用光学ユニットは、同一の光学ユニットであることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、前記光ピックアップ装置は、少なくとも前記第１光源から射出された光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズを更に有し、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記カップリングレンズと、前記対物レンズユニットの間の光路中に配設された、正レンズ群と負レンズ群とから構成されるエキスパンダーレンズであることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記２種類の光源から射出された各光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズであることを特徴とする。
請求項２に記載の発明によれば、球面収差補正用光学ユニットと色収差補正用光学ユニットとを同一の光学ユニットとして構成することで、光学部品点数を削減することができ、小型化、軽量化、低コスト化をより一層達成できる。
球面収差補正用光学ユニットと色収差補正用光学ユニットとを同一の光学ユニットとして構成する場合の例として、請求項３にあるように、その構成レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に変位可能とし、更に、いずれかの光学面を上述のようにその輪帯段差の深さが設計された回折面とした、正レンズ群と負レンズ群とから構成されるエキスパンダーレンズがある。
尚、ここでいうエキスパンダーレンズとは、入射光束の径を拡大して射出する拡大系の他に、入射光束の径を縮小して射出する縮小系も含むものとする。
また、球面収差補正用光学ユニットと色収差補正用光学ユニットとを同一の光学ユニットとして構成する場合の別の例として、請求項４にあるように、その構成レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に変位可能とし、更に、いずれかの光学面を上述のようにその輪帯段差の深さが設計された回折面としたカップリングレンズがある。このようにレーザ光源から射出された発散光束を変換して対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズに、球面収差補正用光学ユニットと色収差補正用光学ユニットとしての機能を持たせる場合は、光学部品点数を大きく削減することができ、小型化、軽量化、低コスト化に対して非常に有効である。
尚、ここでいうカップリングレンズとは、レーザ光源から射出された発散光束をほぼ平行光束に変換するコリメートレンズを含むものとする。
請求項５に記載の発明は、４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び前記第１波長λ１の１．３倍より長い第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源の少なくとも２種類の光源と、前記２種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットと、前記２種類の光源と前記対物レンズユニットとの間であって前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置された色収差補正用光学ユニット及び球面収差補正用光学ユニットと、を有する光ピックアップ装置において、前記球面収差補正用光学ユニットは、電極と液晶分子層とが交互に積層された構造を有し、前記電極に所定の電圧を印可して、前記液晶分子層の屈折率分布を変化させることが可能であるように構成されると共に、前記色収差補正用光学ユニットは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明においては、球面収差補正用光学ユニットとして、液晶素子を利用する。液晶分子層を挟むように配置された電極に電圧を印可することで、液晶分子層内には屈折率分布が発生する。このように、屈折率分布が形成された液晶分子層を透過した波面には球面収差が付加されるが、このとき、高密度光ディスクの情報記録面上のスポットの球面収差変化とが逆符号の球面収差がその透過波面に付加されるように、液晶分子層内の屈折率分布を制御する。これにより、高密度光ディスクの情報記録面上に形成されたスポットは常に球面収差が補正された状態を維持することができるので、高密度光ディスクに対する良好な記録／再生特性が得られる。
このように球面収差補正用光学ユニットとして、液晶素子を利用すると、機械的可動部が不要となるので、小型化、軽量化、低コスト化に有利となる。
また、請求項１に記載の光ピックアップ装置と同じように、上述の球面収差補正は、高密度光ディスクに対する情報の記録／再生時だけでなく、例えばＤＶＤやＣＤ等の記録密度が低い光ディスクに対する情報の記録／再生時にも行ってもよい。
そして、色収差補正用光学ユニットの構成レンズ群上に形成された回折面は、その輪帯の段差の光軸方向の深さが、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効率を有する回折光の回折次数に対して、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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されている。これにより、光源の波長差が１．３倍より大きい場合にも、それぞれの光源の波長領域において十分な回折効率が得られるので、かかる色収差補正用光学ユニットを第１光束と第２波長λ２の第２光束との両方が通過する光路中に配置することが可能となり、小型化、軽量化、低コスト化に適した光ピックアップ装置を得ることができる。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズユニットは前記球面収差補正用光学ユニットと一体となってトラッキングを行うことを特徴とする。
請求項６に記載の発明によれば、球面収差補正用光学ユニットとして液晶素子を利用する場合、球面収差補正用光学ユニットを透過して対物レンズユニットに入射する光束の波面は、球面収差を持っている。このような場合、対物レンズユニットのトッラキングにより、対物レンズユニットと球面収差補正用光学ユニットとの光軸がずれると、コマ収差が発生し良好なトラッキング特性が得られない。そのため、対物レンズユニットは、球面収差補正用光学ユニットと一体となってトラッキングを行うように構成することが好ましい。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記第１波長λ１と前記第２波長λ２の波長差に起因して前記対物レンズユニットで発生する球面収差を補正することを特徴とする。
請求項７に記載の発明によれば、本発明による第１の光ピックアップ装置及び第２の光ピックアップ装置において、対物レンズユニットの波長分散の影響で、第１波長λ１と第２波長λ２の波長差に起因して発生する球面収差を、球面収差補正用光学素子で補正するようにすると、高密度光ディスク、ＤＶＤ、及びＣＤ等の複数種類の光ディスクに対して互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生を行うことのできる光ピックアップ装置を提供できる。
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記第１波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した際に、前記対物レンズユニットの色収差に起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする。
請求項８に記載の発明によれば、第１光源の製造誤差や環境温度変化により第１波長λ１が変化した場合に、対物レンズユニットの波長分散の影響で発生する球面収差を、球面収差補正用光学素子で補正するようにすると、高密度光ディスクに対して適切に情報を記録／再生を行うことのできる光ピックアップ装置を提供できる。特に、高密度光ディスクに対する情報の記録／再生を行う際の対物レンズユニットの開口数が大きいと、第１光源の波長変化に対して球面収差が容易に発生するので、上述のような構成が有効である。
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとしたとき、前記第１光ディスクはその情報記録面上に第１保護層を有し、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記第１保護層の厚さ誤差に起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする。
請求項９に記載の発明によれば、記録密度が最も高い第１光ディスクの保護層の厚さ誤差の影響で発生する球面収差を、球面収差補正用光学素子で補正するようにすると、高密度光ディスクに対して適切に情報を記録／再生を行うことのできる光ピックアップ装置を提供できる。特に、高密度光ディスクに対する情報の記録／再生を行う際の対物レンズユニットの開口数が大きいと、第１光ディスクの保護層の厚さが対物レンズユニットの設計時の基準保護層の厚さからわずかに変化しただけで、球面収差が容易に発生する。そのため、光ディスクの保護層の厚さを高精度に管理する必要があるので、光ディスクの量産時における歩留まりに悪影響を及ぼす可能性がある。上述のように、球面収差補正用光学ユニットでかかる保護層の厚さ誤差による球面収差の発生を補正する構成とすると、保護層の厚さ誤差に対する公差を緩和することができるので光ディスクの量産時の歩留まりを向上することが可能となる。
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとしたとき、前記第１光ディスクは前記光源側から順に、光学的透明層と情報記録面とが交互に積層された多層構造を有し、前記多層構造において前記光源に最も近い情報記録面から順に、第１情報記録面、第２情報記録面、・・・、第ｎ情報記録面としたとき、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記対物レンズが前記第ｉ情報記録面から前記ｊ情報記録面にフォーカスジャンプする際に発生する球面収差を補正することを特徴とする。
但し、ｉは１≦ｉ≦ｎを満たす任意の整数であり、ｊは１≦ｉ≦ｎを満たし、且つｉとは異なる任意の整数である。
請求項１０に記載の発明は、複数の情報記録面層を有するタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報を記録／再生を行うことのできる光ピックアップ装置である。請求項９の説明にも記載したように、高密度光ディスクに対する情報の記録／再生を行う際の対物レンズユニットの開口数が大きいと、第１光ディスクの保護層の厚さが対物レンズユニットの設計時の基準保護層の厚さからわずかに変化しただけで、球面収差が容易に発生する。そのため、対物レンズユニットがある情報記録面から別の情報記録面にフォーカスジャンプすると、球面収差が大きく変化する。請求項１０にあるように、このフォーカスジャンプ時に発生する球面収差変化を球面収差補正用光学ユニットで補正する構成とすると、複数の情報記録面層を有するタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報を記録／再生を行うことが可能となる。
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとし、前記第１光ディスクはその情報記録面上に第１保護層を有し、前記２種類の光ディスクのうち、前記第１光ディスクよりも記録密度が低い光ディスクを第２光ディスクとしたとき、前記第２光ディスクはその情報記録面上に前記第１保護層よりも厚い第２保護層を有し、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記第１保護層と前記第２保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズユニットはプラスチックレンズを少なくとも１つ有し、前記球面収差補正用光学ユニットは前記対物レンズユニットに含まれるプラスチックレンズの環境温度変化に伴う屈折率変化、及び／又は、前記プラスチックレンズ内の温度分布に伴う屈折率分布に起因する球面収差を補正することを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとし、前記第１光ディスクはその情報記録面上に第１保護層を有し、前記２種類の光ディスクのうち、前記第１光ディスクよりも記録密度が低い光ディスクを第２光ディスクとし、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の前記対物レンズユニットの倍率を第１倍率とし、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の前記対物レンズユニットの倍率を第２倍率としたとき、前記第１倍率と前記第２倍率は互いに異なり、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記第１倍率と前記第２倍率との違いに応じて前記対物レンズユニットの物点位置を変化させることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明によれば、高密度光ディスクとＤＶＤやＣＤの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を、球面収差補正用光学素子で補正するようにすると、高密度光ディスク、ＤＶＤ、及びＣＤ等の複数種類の光ディスクに対して互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生を行うことのできる光ピックアップ装置を提供できる。
また、対物レンズユニットにプラスチックレンズが含まれる場合、光ピックアップ装置の環境温度の変化やアクチュエータの発熱に伴いプラスチックレンズの屈折率が変化するため、その影響で球面収差が変化する。従って、高密度光ディスクに対する情報の記録／再生を行う際の対物レンズユニットの開口数が大きいと、この球面収差変化が大きくなるため、対物レンズユニットの使用可能な温度範囲が非常に狭くなり実用上問題となる。また、対物レンズユニットの開口数が大きい場合には、プラスチックレンズ内に、光軸方向の温度分布や、光軸に関して回転対称な温度分布に伴う屈折率分布が発生した際の球面収差変化も問題となる。請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、球面収差補正用光学ユニットで環境温度の変化や、温度分布に伴う対物レンズユニットの球面収差変化を補正する構成であるので、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生を行っている時に、環境温度の変化やアクチュエータの発熱が起こっても情報記録面上に集光されたスポットの球面収差は常に良好に補正された状態となる。
また、球面収差補正用光学ユニットとして、構成レンズと対物レンズユニットとの間隔を可変調整することで、対物レンズユニットへの入射光束のマージナル光線の傾角を変化させるように構成された光学ユニットを使用する場合は、対物レンズユニットの物点位置を変化させることが可能である。この機能を利用すると、請求項１３にあるように、高密度光ディスクとＤＶＤやＣＤとに対する情報の記録／再生を行う際の対物レンズユニットの倍率が互いに異なる光ピックアップ装置において、それぞれの倍率に対応して対物レンズユニットの物点位置を変化させることができる。
請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、前記色収差補正用光学ユニットに前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）（８，５）、（１０、６）のいずれかであることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明のように、４５０ｎｍ以下の第１波長λ１と、６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長である第２波長λ２とに対して、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効率を有する回折光の回折次数ｎ１と、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効率を有する回折光の回折次数ｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）（８，５）、（１０、６）のいずれかであるように、色収差補正用光学ユニットの輪帯段差の深さを設計すると、それぞれの波長領域において十分な回折効率が得られるので、かかる色収差補正用光学ユニットを第１光束と第２波長λ２の第２光束との両方が通過する光路中に配置することが可能となり、小型化、軽量化、低コスト化に適した光ピックアップ装置を得ることができる。また、第１波長λ１の波長領域で色収差を補正した場合でも、第２波長λ２の波長領域における色収差補正が過剰になりすぎないので、高密度光ディスクとＤＶＤの何れに対しても良好な記録特性を有する光ピックアップ装置を提供できる。
また、対物レンズやコリメートレンズなどの非球面を利用した光学部品はモールド成形で製造されるのが一般的である。モールド成形において、回折構造のような微細な構造を精度良く光学部品の光学面上に転写するには、光学部品をプラスチックレンズとするのが好ましい。青紫色領域において使用可能なプラスチックレンズは、その青紫色領域での屈折率が１．５〜１．６の範囲内であるものが多い。
プラスチックレンズの光学面上に、回折次数ｎ１及び回折次数ｎ２の組合せが請求項１４にあるような回折構造を形成する場合には、具体的には、回折構造の段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（１）乃至（８）のいずれか１つを満たすようにすると良い。
１．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（１）
１．９μｍ＜ｄ０＜２．６μｍ・・・（２）
２．６μｍ＜ｄ０＜３．２μｍ・・・（３）
３．３μｍ＜ｄ０＜４．２μｍ・・・（４）
４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（５）
４．７μｍ＜ｄ０＜５．７μｍ・・・（６）
５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（７）
６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（８）
ここで、（１）〜（８）式は、それぞれ、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）（８，５）、（１０、６）に対応する段差深さの範囲である。
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の光ピックアップ装置において、前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとし、前記第１光ディスクの次に記録密度が高い光ディスクを第２光ディスクとし、更に、前記第２光ディスクの次に記録密度が高い光ディスクを第３光ディスクとしたとき、
前記光ピックアップ装置は、７３０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内の第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源を更に有するとともに、前記第１光束及び前記第２光束は、それぞれ、前記色収差補正用光学ユニットを透過した後に、前記対物レンズユニットに入射するとともに、前記第３光束は、前記色収差補正用光学ユニットを介さずに前記対物レンズユニットに入射する構成を有し、
前記対物レンズユニットは、前記第１光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第２光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第３光束を前記第３光ディスクの情報記録面上に集光させることを特徴とする。
高密度光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤに対してコンパチブルに記録／再生を行うことが可能な対物レンズのレンズ設計においては、高密度光ディスクとＤＶＤとに対して情報の記録／再生する際の倍率を同じ（より好ましくは、倍率を略ゼロとする）とし、ＣＤに対して情報の記録／再生する際の倍率を、高密度光ディスクとＤＶＤとに対して情報の記録／再生する際の倍率よりも小さい負の倍率とすると、それぞれの光束に対する特性を高められると同時に回折効率も高くでき、更に、製造誤差に対する公差が最も大きいレンズとすることが出来る。
従って、請求項１５に記載の発明のように、かかる対物レンズを使用する光ピックアップ装置においては、色収差補正用光学ユニットを第１光束及び第２光束の共通光路に配置することで、第１光束及び第２光束は、それぞれ、色収差補正用光学ユニットを透過した後に対物レンズに入射し、第３光束は、色収差補正用光学ユニットを介さずに対物レンズに入射する構成とするのが好ましい。
かかる構成を有する光ピックアップ装置においては、色収差補正用光学ユニットを他の機能を有する光学ユニットと一体化するのが部品点数を削減する上で好ましい。例えば、第１光源及び第２光源から射出された発散光束を平行光束に変換して対物レンズに導くコリメートレンズの光学面上に回折構造を形成することで、コリメートレンズと色収差補正用光学ユニットとを一体化することが出来る。更に、かかる色収差補正用光学ユニットと一体化されたコリメートレンズをアクチュエータにより光軸方向に移動可能な構成とするのがより好ましく、これにより、コリメートレンズに色収差補正用光学ユニットとしての機能に加えて、球面収差補正用光学ユニットの機能を持たせることが可能となる。
或いは、光軸方向に移動可能とされたエキスパンダーレンズの光学面上に回折構造を形成することで、球面収差補正用光学ユニットの機能を有するエキスパンダーレンズに色収差補正用光学ユニットの機能を持たせても良い。
また、本発明のように、色収差補正用光学ユニットを第３光束が通過しない構成の場合は、色収差補正用光学ユニットの第１光束の回折次数ｎ１と第２光束の回折次数ｎ２の組合せを（ｎ１，ｎ２）＝（５，３）とするのが好ましい。色収差補正用光学ユニットをプラスチックレンズとした場合には、かかる組合せの回折次数を選択することで第１光束の５次回折光の回折効率と第２光束の３次回折光の回折効率を共に１００％とすることが可能となり、何れの波長に対しても高い回折効率を確保することが可能となる。
これに対して、色収差補正用光学ユニットを第３光束が通過する構成とした場合には、第１光束の回折次数ｎ１と第２光束の回折次数ｎ２と第３光束の回折次数ｎ３との組合せを（ｎ１，ｎ２，ｎ３）＝（１０，６，５）とすることで、各光束の回折次数を何れも１００％とすることが可能であるが、第１光束の回折次数ｎ１が高次であるため、第１光源が±５ｎｍの波長誤差を持った場合に回折効率が６％程度低下する。このような光源の波長誤差による回折効率の低下が小さい次数の組合せは、（ｎ１，ｎ２，ｎ３）＝（２，１，１）であるが、この時の各光束の回折効率は、それぞれ、１００％、８７％、１００％であり第２光束の回折効率が低い。尚、上述した（ｎ１，ｎ２）＝（５，３）の組合せにおける第１光源の±５ｎｍの波長誤差に対する回折効率低下は、１．５％程度である。
以上より、色収差補正用光学ユニットを通過する光束の回折効率及び、波長誤差に対する回折効率の低下の観点からも、第１光束と第２光束とを色収差補正用光学ユニットを通過させ、第３光束は色収差補正用光学ユニットを通過しない構成とするのが好ましい。
請求項１６に記載の発明は、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第１波長λ１及び前記第２波長λ２とは異なる第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源を有し、前記色収差補正用光学ユニットは、前記第１光源乃至前記第３光源と前記対物レンズユニットとの間であって前記第１光束乃至前記第３光束の共通光路中に配置され、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内、前記第３波長λ３は７３０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内の波長であり、前記色収差補正用光学ユニットに前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ３としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２と前記回折次数ｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２、ｎ３）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とする。
請求項１６に記載の発明のように、回折次数ｎ１と回折次数ｎ２と回折次数ｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２、ｎ３）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであるように、色収差補正用光学ユニットの輪帯段差の深さを設計すると、それぞれの波長領域において十分な回折効率が得られるので、かかる色収差補正用光学ユニットを第１光束と第２波長λ２の第２光束との両方が通過する光路中に配置することが可能となり、小型化、軽量化、低コスト化に適した光ピックアップ装置を得ることができる。また、第１波長λ１の波長領域で色収差を補正した場合でも、６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内、及び７３０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内の波長領域における色収差補正が過剰になりすぎないので、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤの何れに対しても良好な記録特性を有する光ピックアップ装置を提供できる。
また、プラスチックレンズの光学面上に、回折次数ｎ１、回折次数ｎ２及び回折次数ｎ３の組合せが請求項１６にあるような回折構造を形成する場合には、具体的には、回折構造の段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（９）乃至（１３）のいずれか１つを満たすようにすると良い。
１．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（９）
２．６μｍ＜ｄ０＜３．０μｍ・・・（１０）
４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（１１）
５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（１２）
６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（１３）
ここで、（９）〜（１３）式は、それぞれ、（ｎ１，ｎ２、ｎ３）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）に対応する段差深さの範囲である。
請求項１７記載の発明は、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記色収差補正用光学ユニットは、前記波長が互いに異なる少なくとも２種類の光源から射出された光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズであることを特徴とする。
請求項１８記載の発明は、請求項１７に記載の光ピックアップ装置において、前記カップリングレンズは少なくとも１つのプラスチックレンズを有すると共に、前記回折面は、前記カップリングレンズから射出される前記第１光束の、温度変化に対する発散角又は収束角の変化を抑制するための機能を更に有することを特徴とする。
光ピックアップ装置では、光源から射出される発散光束の発散角を変換するカップリングレンズが対物レンズに前置される。カップリングレンズにはＮＡが０．０５乃至０．２程度の無収差レンズが用いられ、レーザ光源から射出される発散光束を平行光束にコリメートするものが一般的である。
上述のカップリングレンズをプラスチックレンズとすると、安価に安定した性能で大量生産できるが、プラスチックレンズは、温度変化によって焦点距離に変化を生じるため、カップリングレンズから射出される光束の発散度が温度変化に伴って変化してしまう。この結果、対物レンズの物点位置が変化し、球面収差が劣化するという問題があった。この球面収差の劣化は、対物レンズのＮＡの４乗に比例して増大するため、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用する高密度光ディスクでは、上述の問題がより一層顕在化する。
請求項１８の発明によれば、温度変化に伴うカップリングレンズの屈折率変化に起因する射出光束の発散度変化が、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化による回折パワーの変化により補償されるように、回折面の近軸パワーを決定することで、環境温度が変化してもカップリングレンズから射出される光束の発散度変化をほぼゼロとすることができる。これにより、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用する場合でも、温度変化に伴って対物レンズの倍率変化しないので球面収差が劣化しない。また、温度変化に伴うカップリングレンズからの射出光束の発散度変化を補償するために必要な回折面の近軸パワーと、青紫色領域における色収差を補正するために必要な回折面の近軸パワーの符号は同じ正方向であるので、青紫色領域における色収差補正と、温度変化に伴うカップリングレンズからの射出光束の発散度変化の補償を両立させることが可能である。
請求項１９記載の発明は、請求項１８に記載の光ピックアップ装置において、前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクである第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合の前記対物レンズユニットの開口数をＮＡ１、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合の前記対物レンズユニットの倍率をｍ１、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合の前記対物レンズユニットの前記λ１に対する焦点距離をｆ１（ｍｍ）、前記第１波長をλ１（ｍｍ）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する焦点距離をｆC（ｍｍ）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する屈折率をｎ、前記カップリングレンズの線膨張係数をα、前記回折面の前記λ１に対する近軸パワーをＰD（ｍｍ-1）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する近軸パワーをＰC（ｍｍ-1）、前記カップリングレンズの温度変化に対する屈折率変化率をｄｎ／ｄｔ、前記カップリングレンズの波長変化に対する屈折率変化率をｄｎ／ｄλ、前記第１光源の温度変化に対する波長変化率をｄλ／ｄｔ、としたとき、次式（１４）を満たすことを特徴とする。
[ＮＡ１・（１−ｍ１）]4・（ｆ１2／ｆC）・｜ｃ１＋（ｃ２−ｃ１）・ＰD／ＰC｜＜０．１３・λ１・・・（１４）
但し、
ｃ１＝１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄｔ＋１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄλ・ｄλ／ｄｔ−α
ｃ２＝１／λ１・ｄλ／ｄｔ−２α
であり、前記ＰDは、前記回折構造による光路長付加量を次上記数１で表される光路差関数で定義し、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、最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１としたとき、
ＰD＝−２・ｎ１・Ｂ2・（λ１／λＢ）
で表されるものとする。ここで、ｎ１は、前記回折面に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数である。
尚、上記数１において、ｈ（ｍｍ）は光軸に垂直な方向の高さ、Ｂ2jは光路差関数係数、ｎは入射光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数、λ（ｎｍ）は前記回折構造に入射する光束の波長、λＢ（ｎｍ）は前記回折構造の製造波長を表す。
温度変化に伴うカップリングレンズからの射出光束の発散度変化の補償するためには、具体的には、以下の式を満たすように、回折面の近軸パワーを設定するのが好ましい。
[ＮＡ１・（１−ｍ１）]4・（ｆ１2／ｆC）・｜ｃ１＋（ｃ２−ｃ１）・ＰD／ＰC｜＜０．１３・λ１
但し、
ｃ１＝１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄｔ＋１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄλ・ｄλ／ｄｔ−α、
ｃ２＝１／λ１・ｄλ／ｄｔ−２α
温度変化によってカップリングレンズの焦点距離が変化した時の、対物レンズの波面収差の変化を求める。
まず、対物レンズとカップリングレンズとから構成される光学系において、カップリングレンズの焦点距離の変化によって、対物レンズの物点位置が変化し、対物レンズの倍率が変化することによって生じる対物レンズの波面収差の変化を考える。尚、倍率変化時に対物レンズはデフォーカス成分がゼロとなるようにフォーカシングされるものとする。
対物レンズの波長λ１に対する倍率ｍ１の変化による、対物レンズの波面収差ＷO（ｍｍ単位のＲＭＳ値）の変化の割合ｄＷO／ｄｍOは、高密度光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合の対物レンズの開口数をＮＡ１、波長λ１に対する対物レンズの焦点距離をｆ１（ｍｍ）、比例係数をβとして、次式で表される。
ｄＷO／ｄｍO＝β・[ＮＡ１・（１−ｍ１）]4・ｆ１
尚、ＮＡ１＝０．８５、λ１＝４０５ｎｍの単玉レンズで検討したところ、βの絶対値は０．０１８程度であった。
また、カップリングレンズの焦点距離の変化による対物レンズの倍率の変化の割合ｄｍO／ｄｆCを求めると、カップリングレンズからの射出光束が平行光束に近い場合、近似的に次式が得られる。
ｄｍO／ｄｆC＝−ｆ１／ｆC 2
次に、温度変化によるカップリングレンズの焦点距離の変化について説明する。まず、カップリングレンズの屈折レンズとしての近軸パワーをＰR（ｍｍ-1）、カップリングレンズの回折面の近軸パワーをＰD（ｍｍ-1）として、カップリングレンズ全系の近軸パワーをＰC＝ＰR＋ＰD（ｍｍ-1）とする。ただし、複数の光学面を回折面とする場合には、回折面の近軸パワーの総和をＰDとする。
波長λ１に対するカップリングレンズの屈折率をｎ、αを線膨張係数、ｔを温度、波長λ１に対するカップリングレンズの焦点距離をｆC（ｍｍ）とすると、温度変化によるカップリングレンズの焦点距離の変化の割合ｄｆC／ｄｔは次式で表される。
ｄｆC／ｄｔ＝−ｆC 2・ｄＰC／ｄｔ＝−ｆC 2・（ｃ１・ＰR＋ｃ２・ＰD）
但し、
ｃ１＝１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄｔ＋１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄλ・ｄλ／ｄｔ−α、
ｃ２＝１／λ１・ｄλ／ｄｔ−２α
または、ＰR＝ＰC−ＰDを用いると、次式となる。
ｄｆC／ｄｔ＝−ｆC 2・[ｃ１・（ＰC−ＰD）＋ｃ２・ＰD]
＝−ｆC 2・ＰC・[ｃ１＋（ｃ２−ｃ１）・（ＰD／ＰC）]
＝−ｆC・[ｃ１＋（ｃ２−ｃ１）・（ＰD／ＰC）]
以上をまとめると、この光学系において、温度変化Δｔに対する対物レンズの波面収差の変化ΔＷO（ｍｍ単位のＲＭＳ値）は次式となる。
ΔＷO＝（ｄＷO／ｄｍO）・｜（ｄｍO／ｄｆC）・（ｄｆC／ｄｔ）・Δｔ｜
請求項１９の発明によれば、カップリングレンズに適切な近軸パワーを有する回折面を設けることにより、この変化ΔＷOを小さく抑えることができる。
即ち、対物レンズの基準状態の波面収差をゼロと仮定し、３０度の温度変化に対して、波面収差の変化を０．０７・λ１ＲＭＳ未満に抑えることが必要として、次の条件を得る。
ΔＷO＝（ｄＷO／ｄｍO）・｜（ｄｍO／ｄｆC）・（ｄｆC／ｄｔ）・３０｜＜０．０７・λ１
この式に前述の関係を用いると、次の条件式が得られる。
[ＮＡ１・（１−ｍ１）]4・（ｆ１2／ｆC）・｜ｃ１＋（ｃ２−ｃ１）・ＰD／ＰC｜＜０．１３・λ１
上記の関係式を満たすように回折面の近軸パワーを設定することにより、温度が変化してもレーザ光源の発光点とカップリングレンズの焦点位置との位置関係がほとんど変わらないようにすることが可能となるため、温度変化に伴うカップリングレンズからの射出光束の発散度変化を補償することができる。
請求項２０記載の発明は、請求項１９に記載の光ピックアップ装置において、次式（１５）を満たすことを特徴とする。
｜ｃ１＋（ｃ２−ｃ１）・ＰD／ＰC｜／ｆC＜０．０８・λ１（ｍｍ）・・・（１５）
また、ＮＡ１＝０．８５、ｆ１＝１．７６５ｍｍ、ｍ１＝０の標準的仕様の対物レンズを使用する光ピックアップ装置に対応できるためには、請求項２０の発明のように、カップリングレンズとしての実用的な条件範囲として、
｜ｃ１＋（ｃ２−ｃ１）・ＰD／ＰC｜／ｆC＜０．０８・λ１
を満たすことが必要である。
請求項２１記載の発明は、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記色収差補正用光学ユニットは、近軸パワーが負である光学面を少なくとも１つ有し、光軸に対して略平行の状態で入射する前記第１光束を略平行の状態で射出する１群構成の光学素子であることを特徴とする。
請求項２１に記載の発明によると、１群構成の光学素子において、屈折レンズとしての第１波長λ１に対する近軸パワーと、回折面の第１波長λ１に対する近軸パワーの絶対値をほぼ同じとすることで、平行光束中に配置可能な色収差補正用光学ユニットを得ることができる。このような構成の色収差補正用光学ユニットは、球面収差補正用光学ユニットとして、液晶素子を利用する光ピックアップ装置に最適である。
請求項２２に記載の発明は、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズユニットは、前記２種類の光ディスクのうち、所定の記録密度を有する光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために使用される第１対物レンズと、前記所定の記録密度を有する光ディスク以外の光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために使用される第２対物レンズの、少なくとも２種類の対物レンズと、これら対物レンズを選択的に切り替えるための対物レンズ切り替え手段と、から構成されることを特徴とする。
光ピックアップ装置の構成を簡略化し、低コスト化を図るためには、本来的には対物レンズを含む光学部品を、高密度光ディスクとＤＶＤ、ＣＤとに対して共通化するのが好ましい。しかしながら、高密度光ディスクでは、使用可能な光源が限られていることから、情報の記録／再生に使用する波長は概ね決まっているのの、保護層の厚さや開口数などの光学的仕様に関しては、未だ決まっていないという実情がある。
従って、高密度光ディスクに対する情報の記録／再生に用いる対物レンズに関しては、ある程度設計の冗長性をも越しておく必要があり、かかる場合、共通の対物レンズを用いて、ＤＶＤやＣＤに対しても情報の記録／再生を適切に行うことは、収差特性上、極めて困難であるといえる。
そこで、請求項２２にあるように、対物レンズユニットを、所定の記録密度を有する光ディスクに対して情報の記録／再生を行うために使用される第１対物レンズと、それ以外の光ディスクに対して情報の記録／再生を行うために使用される第２対物レンズの、少なくとも２種類の対物レンズと、対物レンズ切り替え手段と、から構成し、光ディスクの記録密度に応じて使用する対物レンズを選択的に切り替えることで、高密度光ディスク、ＤＶＤ、及びＣＤ等の複数種類の光ディスクに対して互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生を行うことのできる光ピックアップ装置を提供できる。
光ピックアップ装置の光学部品点数を削減するためには、本来的には、色収差補正のための回折構造を高密度光ディスクに対する情報の記録／再生を行う際に使用する対物レンズの光学面上に形成するのが好ましい。しかしながら、高密度光ディスク用の対物レンズは大きなパワーを必要とするので光学面の曲率が小さくなる傾向がある。このように曲率が小さい光学面上に回折構造を形成すると、輪帯段差により光線のけられにより光利用効率が低下するので、光利用効率の観点からは、色収差補正のための回折構造は対物レンズ以外の光学部品の光学面上に形成するのが好ましい。
しかるに、青紫色領域で最適化された回折構造が形成された光学部品を青紫色レーザ光源からの光束のみが通過する光路中に配置するのは、光学部品点数の観点からは好ましくないといえる。
このような理由から、色収差補正用光学ユニットは、高密度光ディスク用の青紫色レーザ光源と、ＤＶＤやＣＤ用のレーザ光源からの光束が通過する光路中に配置した方が好ましいが、本発明による光ピックアップ装置では、色収差補正用光学ユニットの回折構造の輪帯段差の深さを上述のように設計しているので、それぞれの光源の波長領域において十分な回折効率が得られるので、かかる色収差補正用光学ユニットを、高密度光ディスク用の青紫色レーザ光源と、ＤＶＤやＣＤ用のレーザ光源からの光束が通過する光路中に配置することが可能となり、小型化、軽量化、低コスト化に適した光ピックアップ装置を得ることができる。
請求項２３に記載の発明は、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとしたとき、前記第１光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際の前記対物レンズユニットの開口数が０．８以上であることを特徴とする。
請求項２４に記載の発明は、請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとし、前記第１光ディスクの次に記録密度が高い光ディスク第２光ディスクとしたとき、前記第１光ディスクはその情報記録面上にその厚さが０．０７〜０．１３ｍｍの範囲内である第１保護層を有し、前記第２光ディスクはその情報記録面上にその厚さが０．５５〜０．６５ｍｍの範囲内である第２保護層を有し、前記第１光束を前記第１光ディスク及び第２光ディスクそれぞれの情報記録面上に集光することにより、前記第１光ディスク及び前記第２光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっていることを特徴とする。
上述したように、高密度光ディスクでは、使用可能な光源が限られていることから、情報の記録／再生に使用する波長は概ね決まっているのの、保護層の厚さや開口数などの光学的仕様に関しては、未だ決まっていない。高密度光ディスクとして、開口数ＮＡ０．８５、保護層の厚さ０．１ｍｍの仕様や、開口数ＮＡ０．６５、保護層の厚さ０．６ｍｍの仕様が検討されている。高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤにおいては、これら規格の異なる複数種類の高密度光ディスクに対しても適切に情報の記録／再生を行えることが、その製品価値を高めることにつながる。本発明による光ピックアップ装置において、請求項２４にあるような構成とすることで、これら規格の異なる複数種類の高密度光ディスクに対しても適切に情報の記録／再生を行うことが可能となる。
請求項２５に記載の発明は、請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置を搭載し、前記光ディスクに対する情報の記録と前記光ディスクに記録された情報の再生とのうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする。
請求項２６に記載の発明は、請求項３に記載の光ピックアップ装置における球面収差補正用光学ユニットに適用可能であることを特徴とする。
請求項２７に記載の発明は、請求項４に記載の光ピックアップ装置における球面収差補正用光学ユニットに適用可能であることを特徴とする。
請求項２８に記載の発明は、４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び前記第１波長λ１の１．３倍より長い第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源の少なくとも２種類の光源と、前記２種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置され、正レンズ群と負レンズ群とから構成されるエキスパンダーレンズにおいて、前記エキスパンダーレンズは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されていると共に、その構成レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群と前記対物レンズユニットとの間隔を可変調整することで、前記対物レンズユニットへの入射光束のマージナル光線の傾角を変化させることを特徴とする。
請求項２８に記載の発明によれば、その構成レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群と前記対物レンズユニットとの間隔を可変調整することで、上記請求項１と同様の効果を得られる。
請求項２９に記載の発明は、請求項２８に記載のエキスパンダーレンズにおいて、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）（８，５）、（１０、６）のいずれかであることを特徴とする。
請求項３０に記載の発明は、請求項２９に記載のエキスパンダーレンズにおいて、前記エキスパンダーレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（１）〜（８）のいずれか１つを満たすことを特徴とする。
１．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（１）
１．９μｍ＜ｄ０＜２．６μｍ・・・（２）
２．６μｍ＜ｄ０＜３．２μｍ・・・（３）
３．３μｍ＜ｄ０＜４．２μｍ・・・（４）
４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（５）
４．７μｍ＜ｄ０＜５．７μｍ・・・（６）
５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（７）
６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（８）
請求項２９及び請求項３０に記載の発明によれば、請求項１４と同様の効果を得られる。
請求項３１に記載の発明は、請求項２８に記載のエキスパンダーレンズにおいて、前記エキスパンダーレンズは、前記第１光源、前記第２光源、及び前記第１波長λ１及び前記第２波長λ２とは異なる第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源の３種類の光源と、前記３種類の光源から射出された光束を記録密度が異なる少なくとも３種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束乃至前記第３光束の共通光路中に配置され、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、第３光源から射出される第３光束の第３波長λ３は７３０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ３としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２と前記回折次数ｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２、ｎ３）＝（２，１，１）、（４，２，２，）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とする。
請求項３２に記載の発明は、請求項３１に記載のエキスパンダーレンズにおいて、前記エキスパンダーレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（９）乃至（１３）のいずれか１つを満たすことを特徴とする。
１．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（９）
２．６μｍ＜ｄ０＜３．０μｍ・・・（１０）
４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（１１）
５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（１２）
６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（１３）
請求項３１及び請求項３２に記載の発明によれば、請求項１６と同様の効果を得られる。
請求項３３に記載の発明は、４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び前記第１波長λ１の１．３倍より長い第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源の少なくとも２種類の光源と、前記２種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置され、前記２種類の光源から射出された各光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズにおいて、前記カップリングレンズは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されていると共に、その構成レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群と前記対物レンズユニットとの間隔を可変調整することで、前記対物レンズユニットへの入射光束のマージナル光線の傾角を変化させることを特徴とする。
請求項３３に記載の発明によれば、上記請求項１と同様の効果を得られる。
請求項３４に記載の発明は、請求項３３に記載のカップリングレンズにおいて、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）（８，５）、（１０、６）のいずれかであることを特徴とする。
請求項３５に記載の発明は、請求項３４に記載のカップリングレンズにおいて、前記カップリングレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（１）〜（８）のいずれか１つを満たすことを特徴とする。
１．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（１）
１．９μｍ＜ｄ０＜２．６μｍ・・・（２）
２．６μｍ＜ｄ０＜３．２μｍ・・・（３）
３．３μｍ＜ｄ０＜４．２μｍ・・・（４）
４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（５）
４．７μｍ＜ｄ０＜５．７μｍ・・・（６）
５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（７）
６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（８）
請求項３４及び請求項３５に記載の発明によれば、上記請求項１４と同様の効果を得られる。
請求項３６に記載の発明は、請求項３３に記載のカップリングレンズにおいて、前記カップリングレンズは、前記第１光源、前記第２光源、及び前記第１波長λ１及び前記第２波長λ２とは異なる第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源の３種類の光源と、前記３種類の光源から射出された光束を記録密度が異なる少なくとも３種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束乃至前記第３光束の共通光路中に配置され、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、第３光源から射出される第３光束の第３波長λ３は７３０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ３としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２と前記回折次数ｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２、ｎ３）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とする。
請求項３７に記載の発明は、請求項３６に記載のカップリングレンズにおいて、前記カップリングレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（９）乃至（１３）のいずれか１つを満たすことを特徴とする。
１．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（９）
２．６μｍ＜ｄ０＜３．０μｍ・・・（１０）
４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（１１）
５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（１２）
６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（１３）
請求項３６及び請求項３７に記載の発明によれば、請求項１６と同様の効果を得られる。
請求項３８に記載の発明は、４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内の第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源の少なくとも２種類の光源と、前記２種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置され、前記２種類の光源から射出された各光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズにおいて、
前記カップリングレンズは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数ｎ１に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数ｎ２がより低次数となるように設計されていると共に、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（５，３）、（７，４）、（８，５）、（１０，６）のいずれかであることを特徴とする。
請求項３９に記載の発明は、請求項３８に記載のカップリングレンズにおいて、
前記カップリングレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（４）式、（６）式、及び（８）式のいずれか１つを満たすことを特徴とする。
３．３μｍ＜ｄ０＜４．２μｍ （４）
４．７μｍ＜ｄ０＜５．７μｍ （６）
６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ （８）
請求項４０に記載の発明は、４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内の第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源及び７３０ｎｍ乃至８３０ｎｍの範囲内の第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源の少なくとも３種類の光源と、前記３種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも３種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束及び第２光束及び前記第３光束の共通光路中に配置され、前記３種類の光源から射出された各光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズにおいて、
前記カップリングレンズは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数ｎ１に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数ｎ２及び前記第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効率を有する回折光の回折次数ｎ３及がより低次数となるように設計されていると共に、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２と前記回折次数ｎ３との組合せが、（ｎ１，ｎ２，ｎ３）＝（２，１，１）、（８，５，４）、（８，５）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とする。
請求項４１に記載の発明は、請求項４０に記載のカップリングレンズにおいて、前記カップリングレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（９）式、（１２）式、及び（１３）式のいずれか１つを満たすことを特徴とする。
１．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ （９）
５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ （１２）
６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ （１３）
請求項４２に記載の発明は、請求項３３乃至４１のいずれか一項に記載のカップリングレンズにおいて、前記カップリングレンズは少なくとも１つのプラスチックレンズを有すると共に、前記回折面は、前記カップリングレンズから射出される前記第１光束の、温度変化に対する発散角又は収束角の変化を抑制するための機能を更に有することを特徴とする。
請求項４２の発明によれば、請求項１８と同様の効果を得られる。
請求項４３に記載の発明は、請求項４２に記載のカップリングレンズにおいて、前記第１波長をλ１（ｍｍ）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する焦点距離をｆC（ｍｍ）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する屈折率をｎ、前記カップリングレンズの線膨張係数をα、前記回折面の前記λ１に対する近軸パワーをＰD（ｍｍ-1）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する近軸パワーをＰC（ｍｍ-1）、前記カップリングレンズの温度変化に対する屈折率変化率をｄｎ／ｄｔ、前記カップリングレンズの波長変化に対する屈折率変化率をｄｎ／ｄλ、前記第１光源の温度変化に対する波長変化率をｄλ／ｄｔ、としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
｜ｃ１＋（ｃ２−ｃ１）・ＰD／ＰC｜／ｆC＜０．０８・λ１（ｍｍ）
但し、
ｃ１＝１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄｔ＋１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄλ・ｄλ／ｄｔ−α、
ｃ２＝１／λ１・ｄλ／ｄｔ−２α
であり、前記ＰDは、前記回折構造による光路長付加量を次上記数１で表される光路差関数で定義し、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、最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１としたとき、
ＰD＝−２・ｎ１・Ｂ2・（λ１／λＢ）
で表されるものとする。ここで、ｎ１は、前記回折面に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数である。
尚、上記数１において、ｈ（ｍｍ）は光軸に垂直な方向の高さ、Ｂ2jは光路差関数係数、ｎは入射光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数、λ（ｎｍ）は前記回折構造に入射する光束の波長、λＢ（ｎｍ）は前記回折構造の製造波長を表す。
請求項４３の発明によれば、請求項１９と同様の効果を得られる。
請求項４４に記載の発明は、４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源と、前記第１波長λ１の１．３倍より長い第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源と、の波長が互いに異なる少なくとも２種類の光源と、前記波長が互いに異なる少なくとも２種類の光源から射出された光束を、記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置され、光軸に対して略平行の状態で入射する前記第１光束を略平行の状態で射出する色収差補正用光学素子であって、
前記色収差補正用光学素子は、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面と、近軸パワーが負である光学面とを少なくとも１つずつ有する１群構成の光学素子であって、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されていることを特徴とする。
請求項４４の発明によれば、請求項１と同様の効果を得られる。
請求項４５に記載の発明は、請求項４４に記載の色収差補正用光学素子において、前記回折構造は、巨視的に平面状である光学面上に形成され、その反対側の光学面は、近軸パワーが負であって前記回折構造が形成されない光学面であることを特徴とする。
請求項４６に記載の発明は、請求項４４又は４５に記載の色収差補正用光学素子において、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）（８，５）、（１０、６）のいずれかであることを特徴とする。
請求項４７に記載の発明は、請求項４６に記載の色収差補正用光学素子において、前記色収差補正用光学素子の構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波
長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（１）〜（８）のいずれか１つを満たすことを特徴とする。
１．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（１）
１．９μｍ＜ｄ０＜２．６μｍ・・・（２）
２．６μｍ＜ｄ０＜３．２μｍ・・・（３）
３．３μｍ＜ｄ０＜４．２μｍ・・・（４）
４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（５）
４．７μｍ＜ｄ０＜５．７μｍ・・・（６）
５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（７）
６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（８）
請求項４６及び請求項４７の発明によれば、請求項１４と同様の効果を得られる。
請求項４８に記載の発明は、請求項４４に記載の色収差補正用光学素子において、前記色収差補正用光学素子は、前記第１光源、前記第２光源、及び前記第１波長λ１及び前記第２波長λ２とは異なる第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源の３種類の光源と、前記３種類の光源から射出された光束を記録密度が異なる少なくとも３種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束乃至前記第３光束の共通光路中に配置され、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、第３光源から射出される第３光束の第３波長λ３は７３０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ３としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２と前記回折次数ｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２、ｎ３）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とする。
請求項４９に記載の発明は、請求項４８に記載の色収差補正用光学素子において、前記色収差補正用光学素子の構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（９）乃至（１３）のいずれか１つを満たすことを特徴とする。
１．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（９）
２．６μｍ＜ｄ０＜３．０μｍ・・・（１０）
４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（１１）
５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（１２）
６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（１３）
請求項４８及び請求項４９の発明によれば、請求項１６と同様の効果を得られる。
本発明によれば、レーザ光源波長が異なる高密度光ディスク、ＤＶＤ、及びＣＤ等の複数種類の光ディスクに対して互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生を行え、小型化、軽量化、低コスト化に適した光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、エキスパンダーレンズ、カップリングレンズ、及び色収差補正用光学素子を得られる。
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
[第１の実施の形態]
図１は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第１の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す平面図である。
高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長４０５ｎｍ、保護層の厚さ０．６ｍｍ、開口数ＮＡ０．６５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長６５５ｎｍ、保護層の厚さ０．６ｍｍ、開口数ＮＡ０．６３であり、ＣＤの光学的仕様は、波長７８５ｎｍ、保護層の厚さ１．２ｍｍ、開口数０．５０である。但し、波長、保護層の厚さ、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ＰＵ１は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１と光検出器ＰＤ１とが一体化された高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束を射出する第１の発光点ＥＰ１と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束を射出する第２の発光点ＥＰ２と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第２の受光部ＤＳ２と、プリズムＰＳとから構成されたレーザモジュールＬＭ、対物レンズＯＢＪと２軸アクチュエータＡＣ２と高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．６５に対応した絞りＳＴＯとから構成された対物レンズユニットＯＵ、偏光ビームスプリッタＢＳ、コリメートレンズＣＯＬ、負レンズＮＬと正レンズＰＬとから構成されたエキスパンダーレンズＥＸＰと、１軸アクチュエータＡＣ１とから構成されたエキスパンダーレンズユニットＥＵとから構成されている。
尚、図１には、レーザモジュールＬＭの側面図も示されている。
また、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
また、対物レンズＯＢＪは高密度光ディスクＨＤに対して最適化された両面非球面プラスチックレンズであり、その光源側の光学面上には、波長選択性を有するフィルタが形成されている。このフィルタは波長に応じて光束の通過領域を制限することで、ＤＶＤに対しては開口数ＮＡ０．６３を実現し、ＣＤに対しては開口数ＮＡ０．５０を実現する。
かかる波長選択性を有するフィルタの代わりに、第２７回光学シンポジウム講演予稿集の５５〜５６頁に記載されているような回折構造を対物レンズＯＢＪの光源側の光学面上に形成しても良い。
更に、対物レンズユニットＯＵには、図示は省略するが、２軸アクチュエータＡＣ２の動作制御を行う動作制御回路が設けられている。
エキスパンダーレンズユニットＥＵは、色収差補正用光学ユニットとしての機能と球面収差補正用光学ユニットとしての機能を兼ね備えている。つまり、色収差補正用光学ユニットと球面収差補正用光学ユニットとは同一の光学ユニットとなっている。
また、エキスパンダーレンズＥＸＰの正レンズＰＬの光学面上には、青紫色領域における対物レンズＯＢＪの色収差を補正するための回折構造が形成されており、図１中の拡大図に示すように、その輪帯の段差の光軸方向の深さｄは、波長４０５ｎｍのレーザ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効率を有する回折光の回折次数に対して、波長６５５ｎｍ及び波長７８５ｎｍの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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されている。これにより、それぞれの波長領域において十分な回折効率が得られるとともに、青紫色領域で色収差を補正した場合でも、波長６５５ｎｍ及び波長７８５ｎｍの波長領域における色収差補正が過剰になりすぎない。
また、エキスパンダーレンズＥＸＰの負レンズＮＬは、１軸アクチュエータＡＣ１により光軸に沿って変移することで、対物レンズＯＢＪへの入射光束のマージナル光線の傾角を変化させることが可能となっているため、詳しい説明は後述するが、様々な要因で発生する高密度光ディスクの情報記録面上のスポットの球面収差変化を補正することができる。
尚、エキスパンダーレンズユニットＥＵには、図示は省略するが、１軸アクチュエータＡＣ１の動作制御を行う動作制御回路が設けられている。
光ピックアップ装置ＰＵ１において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において実線でその光線経路を描いたように、高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１を作動させて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、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされ、エキスパンダーレンズＥＸＰを透過することで光束径が拡大された後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトッラキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＳＴＯ、エキスパンダーレンズＥＸＰ、及びコリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳを透過した後、高密度光ディスク用ＨＤ用モジュールＭＤ１の光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
ここで、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う際に、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の波長変化、保護層ＰＬ１の厚さ誤差、２層ディスクの情報記録面間のフォーカスジャンプ、環境温度変化や２軸アクチュエータＡＣ２の発熱に伴う対物レンズＯＢＪの屈折率変化、等の影響で情報記録面ＲＬ１上のスポットの球面収差が補正過剰方向に変化した場合は、対物レンズＯＢＪとの間隔を狭めるように、エキスパンダーレンズＥＸＰの負レンズＮＬを１軸アクチュエータＡＣ１により変移させる。逆に、情報記録面ＲＬ１上のスポットの球面収差が補正不足方向に変化した場合は、対物レンズＯＢＪとの間隔を広げるように、エキスパンダーレンズＥＸＰの負レンズＮＬを１軸アクチュエータＡＣ１により変移させる。これにより、情報記録面ＲＬ１上のスポットは常に球面収差が補正された状態となるので、高密度光ディスクＨＤに対して良好な記録／再生特性が得られる。
また、回折構造が形成された、エキスパンダーレンズＥＸＰの正レンズＰＬと対物レンズＯＢＪとを透過した波面は色収差が良好に補正された状態となるので、情報の再生から記録へと切り替える際に青紫色半導体レーザＬＤ１がモードホッピングを起こしても、情報記録面ＲＬ１上に集光されたスポット径が大きくなることはない。
また、光ピックアップ装置ＰＵ１において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ１を発光させる。発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図１において破線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、コリメートレンズＣＯＬによって平行光束とされる。その後、エキスパンダーレンズＥＸＰにより光束径が拡大され、絞りＳＴＯにより光束径が規制された後、波長選択性を有するフィルタにより更に光束径が規制される。その後、対物レンズＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトッラキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＳＴＯ、エキスパンダーレンズＥＸＰ、及びコリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部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。
上述したように、対物レンズＯＢＪは、高密度光ディスクＨＤに対して最適化された両面非球面プラスチックレンズであるので、対物レンズＯＢＪに対して６５５ｎｍの光束が入射した場合、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に集光されるスポットは、対物レンズＯＢＪの波長分散の影響で球面収差が補正過剰方向に変化する。そこで、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、この球面収差変化が補正されるように、対物レンズＯＢＪとの間隔を狭めて、エキスパンダーレンズＥＸＰの負レンズＮＬと対物レンズＯＢＪとの間隔を最適化してから（即ち、対物レンズＯＢＪの物点位置を最適化してから）ＤＶＤに対する情報の記録／再生を行う。
更に、光ピックアップ装置ＰＵ１において、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ２を発光させる。発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図１において２点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、コリメートレンズＣＯＬによって平行光束とされる。その後、エキスパンダーレンズＥＸＰにより光束径が拡大され、絞りＳＴＯにより光束径が規制された後、波長選択性を有するフィルタにより更に光束径が規制される。その後、対物レンズＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトッラキングを行う。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、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＳＴＯ、エキスパンダーレンズＥＸＰ、及びコリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、受光部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。
対物レンズＯＢＪは、高密度光ディスクＨＤに対して最適化された両面非球面プラスチックレンズであるので、対物レンズＯＢＪに対して７８５ｎｍの光束が入射した場合、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光されるスポットは、対物レンズＯＢＪの波長分散と高密度光ディスクの保護層ＰＬ１とＣＤの保護層ＰＬ３の違いの影響で球面収差が補正過剰方向に変化する。そこで、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、この球面収差変化が補正されるように、対物レンズＯＢＪとの間隔を狭めて、エキスパンダーレンズＥＸＰの負レンズＮＬと対物レンズＯＢＪとの間隔を最適化してから（即ち、対物レンズＯＢＪの物点位置を最適化してから）ＣＤに対する情報の記録／再生を行う。
[第２の実施の形態]
図２は、規格の異なる２種類の高密度光ディスクである第１の高密度光ディスクＨＤ１及び第２の高密度光ディスクＨＤ２と、ＤＶＤと、ＣＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第２の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す平面図である。第１の高密度光ディスクＨＤ１の光学的仕様は、波長４０５ｎｍ、保護層の厚さ０．１ｍｍ、開口数ＮＡ０．８５であり、第２の高密度光ディスクＨＤ２の光学的仕様は、波長４０５ｎｍ、保護層の厚さ０．６ｍｍ、開口数ＮＡ０．６５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長６５５ｎｍ、保護層の厚さ０．６ｍｍ、開口数ＮＡ０．６３であり、ＣＤの光学的仕様は、波長７８５ｎｍ、保護層の厚さ１．２ｍｍ、開口数ＮＡ０．５０である。但し、波長、保護層の厚さ、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ＰＵ２は、第１の高密度光ディスクＨＤ１と第２の高密度光ディスクＨＤ２とに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１と光検出器ＰＤ１とが一体化された高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束を射出する第１の発光点ＥＰ１と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束を射出する第２の発光点ＥＰ２と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第２の受光部ＤＳ２と、プリズムＰＳとから構成されたレーザモジュールＬＭ、対物レンズユニットＯＵ、偏光ビームスプリッタＢＳ、コリメートレンズＣＯＬと１軸アクチュエータＡＣ１とから構成されたコリメートレンズユニットＣＵとから構成されている。
尚、図２には、レーザモジュールＬＭの側面図も示されている。
また、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
更に、対物レンズユニットＯＵは、第１の高密度光ディスクＨＤ１に対する情報の記録／再生を行うための第１対物レンズＯＢＪ１と、第１の高密度光ディスクＨＤ１の開口数ＮＡ０．８５に対応した第１の絞りＳＴＯ１と、第２の高密度光ディスクＨＤ２とＤＶＤとＣＤとに対する情報の記録／再生を行うための第２対物レンズＯＢＪ２と、第２の高密度光ディスクＨＤ２の開口数ＮＡ０．６５に対応した第２の絞りＳＴＯ２と、２軸アクチュエータＡＣ２と、図２中に矢印で示すように、情報の記録／再生を行う光ディスクの記録密度に応じて選択的に第１対物レンズＯＢＪ１と第２対物レンズＯＢＪ２とを切り替える対物レンズ切り替え手段（図示せず）とから構成されている。
また、第１対物レンズＯＢＪ１は第１の高密度光ディスクＨＤ１に対して最適化された両面非球面プラスチックレンズであり、その光源側の光学面上には、波長選択性を有するフィルタが形成されている。このフィルタは波長に応じて光束の通過領域を制限することで、ＤＶＤに対しては開口数ＮＡ０．６３を実現し、ＣＤに対しては開口数ＮＡ５０を実現する。
かかる波長選択性を有するフィルタの代わりに、第２７回光学シンポジウム講演予稿集の５５〜５６頁に記載されているような回折構造を第２対物レンズＯＢＪ２の光源側の光学面上に形成しても良い。
図３は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２に用いる対物レンズユニットＯＵの斜視図である。図３に示される対物レンズユニットＯＵは、第１の高密度光ディスクＨＤ１に対する情報の記録／再生を行うための第１対物レンズＯＢＪ１と、第１の高密度光ディスクＨＤ１の開口数ＮＡ０．８５に対応した第１の絞りＳＴＯ１（図示せず）と、第２の高密度光ディスクＨＤ２とＤＶＤとＣＤとに対する情報の記録／再生を行うための第２対物レンズＯＢＪ２と、第２の高密度光ディスクＨＤ２の開口数ＮＡ０．６５に対応した第２の絞りＳＴＯ２（図示せず）と、これらの第１対物レンズＯＢＪ１及び第２対物レンズＯＢＪ２の光軸を、同一円周上ＣＬ上に保持するボビンＢと、このボビンＢを円周ＣＬの中心軸の位置に設けられた支軸Ｐを介して回転移動させる対物レンズ切り替え手段としてのステッピングモータＳＭ（図示せず）と、このボビンＢを円周ＣＬの中心軸の位置に設けられた支軸Ｐを介して回転自在に、且つこの回転の中心軸に沿って往復移動自在に保持するシャーシＳと、ボビンＢを支軸Ｐに沿った方向に往復移動させるフォーカシングアクチュエータＦＡ（図示せず）と、ボビンＢに回転動作を付勢して第１対物レンズＯＢＪ１及び第２対物レンズＯＢＪ２の位置決めを行うトラッキングアクチュエータＴＡとを備えている。この対物レンズユニットＯＵには、図示は省略するが、２軸アクチュエータＡＣ２（フォーカシングアクチュエータＦＡ及びトラッキングアクチュエータＴＡ）の動作制御を行う動作制御回路が設けられている。
第１対物レンズＯＢＪ１及び第２対物レンズＯＢＪ２は、それぞれ円板状のボビンＢの平面部を貫通した孔部に装備されており、ボビンＢの中心からそれぞれ等しい距離で配設されている。このボビンＢは、その中心部でシャーシＳから立設された支軸Ｐの上端部と回転自在に係合されており、この支軸Ｐの下方には、図示を省略したフォーカシングアクチュエータＦＡが配設されている。このフォーカシングアクチュエータＦＡは、支軸Ｐの下端部に設けられたマグネットＦＭと、この周囲に設けられたフォーカシングコイルＦＣとから構成されており、第１対物レンズＯＢＪ１及び第２対物レンズＯＢＪ２のフォーカシングを行う。
また、上述したように、このボビンＢは、トラッキングアクチュエータＴＡによって、光軸と平行な軸線を有する支軸Ｐを中心とした回転動作が付与される。このトラッキングアクチュエータＴＡは、ボビンＢの端縁部に支軸Ｐを挟んで対称に設けられた一対のトラッキングコイルＴＣＡ、ＴＣＢと、ボビンＢの端縁部に近接してシャーシＳ上の支軸Ｐを挟んで対称となる位置に設けられた二組の対をなすマグネットＴＭＡ、ＴＭＢ、ＴＭＣ、ＴＭＤを備えている。
そして、トラッキングコイルＴＣＡ、ＴＣＢが、一方の対をなすマグネットＴＭＡ、ＴＭＢと個々に対向するときには、第１対物レンズＯＢＪ１が、レーザ光源からの光束の光路上となるように、マグネットＴＭＡ、ＴＭＢの位置が設定されており、また、トラッキングコイルＴＣＡ、ＴＣＢが、もう一方の対をなすマグネットＴＭＣ、ＴＭＤと個々に対向するときには、第２対物レンズＯＢＪ２が、レーザ光源からの光束の光路上となるように、マグネットＴＭＡ、ＴＭＢの位置が設定されている。
また、上述のボビンＢには、トラッキングコイルＴＣＡと、マグネットＴＭＡまたはマグネットＴＭＤ、及びトラッキングコイルＴＣＢと、マグネットＴＭＢまたはマグネットＴＭＣとが対向しないように、その回転範囲を制限する図示しないストッパーが設けられている。
更に、トラッキングアクチュエータＴＡは、円形のボビンＢの外周の接線方向が光ディスクのトラックの接線方向と直交するように配設され、このボビンＢに微小単位で回転動作を付勢することによりトラックに対するスポット位置のずれの補正（トラッキング）を行う。
コリメートレンズユニットＣＵは、色収差補正用光学ユニットとしての機能と球面収差補正用光学ユニットとしての機能を兼ね備えており、コリメートレンズＣＯＬの光学面上には、青紫色領域における第１対物レンズＯＢＪ１と第２対物レンズＯＢＪ２の色収差を補正するための回折構造が形成されており、図２中の拡大図に示すように、その輪帯の段差の光軸方向の深さｄは、波長４０５ｎｍのレーザ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効率を有する回折光の回折次数に対して、波長６５５ｎｍ及び波長７８５ｎｍの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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されている。これにより、それぞれの波長領域において十分な回折効率が得られるとともに、青紫色領域で色収差を補正した場合でも、波長６５５ｎｍ及び波長７８５ｎｍの波長領域における色収差補正が過剰になりすぎない。
また、コリメートレンズＣＯＬは、１軸アクチュエータＡＣ１により光軸に沿って変移することで、第１対物レンズＯＢＪ１と第２対物レンズＯＢＪ２への入射光束のマージナル光線の傾角を変化させることが可能であり、詳しい説明は後述するが、様々な要因で発生する、高密度光ディスクの情報記録面上のスポットの球面収差変化を補正することができる。
尚、コリメートレンズユニットＣＵには、図示は省略するが、１軸アクチュエータＡＣ１の動作制御を行う動作制御回路が設けられている。
光ピックアップ装置ＰＵ２において、第１の高密度光ディスクＨＤ１に対して情報の記録／再生を行う場合には、対物レンズユニットＯＵの対物レンズ切り替え手段により、第１対物レンズＯＢＪ１を青紫色半導体レーザＬＤ１からの光束の光路中に挿入する。その後、図２において実線でその光線経路を描いたように、高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１を作動させて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、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされた後、第１の絞りＳＴＯ１により光束径が規制され、第１対物レンズＯＢＪ１によって第１の高密度光ディスクＨＤ１の保護層ＰＬ１Ａを介して情報記録面ＲＬ１Ａ上に形成されるスポットとなる。第１対物レンズＯＢＪ１は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトッラキングを行う。情報記録面ＲＬ１Ａで情報ピットにより変調された反射光束は、再び第１対物レンズＯＢＪ１、第１の絞りＳＴＯ１、コリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳを透過した後、高密度光ディスク用ＨＤ用モジュールＭＤ１の光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて第１の高密度光ディスクＨＤ１に記録された情報を読み取ることができる。
更に、光ピックアップ装置ＰＵ２において、第２の高密度光ディスクＨＤ２に対して情報の記録／再生を行う場合には、対物レンズユニットＯＵの対物レンズ切り替え手段により、第２対物レンズＯＢＪ２を青紫色半導体レーザＬＤ１からの光束の光路中に挿入する。その後、図２において実線でその光線経路を描いたように、高密度光ディスクＨＤ用モジュールＭＤ１を作動させて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、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされた後、第２の絞りＳＴＯ２により光束径が規制され、第２対物レンズＯＢＪ２によって第２の高密度光ディスクＨＤ２の保護層ＰＬ１Ｂを介して情報記録面ＲＬ１Ｂ上に形成されるスポットとなる。第２対物レンズＯＢＪ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトッラキングを行う。情報記録面ＲＬ１Ｂで情報ピットにより変調された反射光束は、再び第２対物レンズＯＢＪ２、第２の絞りＳＴＯ２、コリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳを透過した後、高密度光ディスク用ＨＤ用モジュールＭＤ１の光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて第２の高密度光ディスクＨＤ２に記録された情報を読み取ることができる。
第１の高密度光ディスクＨＤ１（或いは、第２の高密度光ディスクＨＤ２）に対して情報の記録／再生を行う際に、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の波長変化、保護層ＰＬ１Ａ（ＰＬ１Ｂ）の厚さ誤差、２層ディスクの情報記録面間のフォーカスジャンプ、環境温度変化や２軸アクチュエータＡＣ２の発熱に伴う第１対物レンズＯＢＪ１（第２対物レンズＯＢＪ２）の屈折率変化、等の影響で情報記録面ＲＬ１Ａ（ＲＬ１Ｂ）上のスポットの球面収差が補正過剰方向に変化した場合は、第１対物レンズＯＢＪ１（第２対物レンズＯＢＪ２）との間隔を広げるように、コリメートレンズＣＯＬを１軸アクチュエータＡＣ１により変移させる。逆に、情報記録面ＲＬ１Ａ（ＲＬ２Ｂ）上のスポットの球面収差が補正不足方向に変化した場合は、第１対物レンズＯＢＪ１（第２対物レンズＯＢＪ２）との間隔を狭めるように、コリメートレンズＣＯＬを１軸アクチュエータＡＣ１により変移させる。これにより、情報記録面ＲＬ１Ａ（ＲＬ１Ｂ）上のスポットは常に球面収差が補正された状態となるので、第１の高密度光ディスクＨＤ１（第２の高密度光ディスクＨＤ２）に対して良好な記録／再生特性が得られる。
また、回折構造が形成されたコリメートレンズＣＯＬと対物レンズＯＢＪとを透過した波面は色収差が良好に補正された状態となるので、情報の再生から記録へと切り替える際に青紫色半導体レーザＬＤ１がモードホッピングを起こしても、情報記録面ＲＬ１Ａ（ＲＬ１Ｂ）上に集光されたスポット径が大きくなることはない。
また、光ピックアップ装置ＰＵ２において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、対物レンズユニットＯＵの対物レンズ切り替え手段により、第２対物レンズＯＢＪ２を発光点ＥＰ１からの光束の光路中に挿入した後、発光点ＥＰ１を発光させる。発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図２において破線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、コリメートレンズＣＯＬによって平行光束とされる。その後、第２の絞りＳＴＯ２により光束径が規制された後、波長選択性を有するフィルタにより更に光束径が規制される。そして、第２対物レンズＯＢＪ２によってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。第２対物レンズＯＢＪ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトッラキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第２対物レンズＯＢＪ２、第２の絞りＳＴＯ２、コリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部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。
上述したように、第２対物レンズＯＢＪ２は、第２の高密度光ディスクＨＤ２に対して最適化された両面非球面プラスチックレンズであるので、第２対物レンズＯＢＪ２に対して６５５ｎｍの光束が入射した場合、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に集光されるスポットは、第２対物レンズＯＢＪ２の波長分散の影響で球面収差が補正過剰方向に変化する。そこで、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、この球面収差変化が補正されるように、第２対物レンズＯＢＪ２との間隔を広げてコリメートレンズＣＯＬと第２対物レンズＯＢＪ２との間隔を最適化してから（即ち、第２対物レンズＯＢＪ２の物点位置を最適化してから）ＤＶＤに対する情報の記録／再生を行う。
更に、光ピックアップ装置ＰＵ２において、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、対物レンズユニットＯＵの対物レンズ切り替え手段により、第２対物レンズＯＢＪ２を発光点ＥＰ２からの光束の光路中に挿入した後、発光点ＥＰ２を発光させる。発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図２において２点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、コリメートレンズＣＯＬによって平行光束とされる。その後、第２の絞りＳＴＯ２により光束径が規制された後、波長選択性を有するフィルタにより更に光束径が規制される。そして、第２対物レンズＯＢＪ２によってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。第２対物レンズＯＢＪ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトッラキングを行う。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、再び第２対物レンズＯＢＪ、第２の絞りＳＴＯ２、コリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、受光部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。
第２対物レンズＯＢＪ２は、第２の高密度光ディスクＨＤ２に対して最適化された両面非球面プラスチックレンズであるので、第２対物レンズＯＢＪ２に対して７８５ｎｍの光束が入射した場合、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光されるスポットは、第２対物レンズＯＢＪ２の波長分散と、第２の高密度光ディスクの保護層ＰＬ１ＢとＣＤの保護層ＰＬ３の違いの影響で球面収差が補正過剰方向に変化する。そこで、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、この球面収差変化が補正されるように、第２対物レンズＯＢＪ２との間隔を広げて、コリメートレンズＣＯＬと第２対物レンズＯＢＪ２との間隔を最適化してから（即ち、第２対物レンズＯＢＪ２の物点位置を最適化してから）ＣＤに対する情報の記録／再生を行う。
[第３の実施の形態]
図４は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第３の光ピックアップ装置ＰＵ３の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長４０５ｎｍ、保護層の厚さ０．６ｍｍ、開口数ＮＡ０．６５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長６５５ｎｍ、保護層の厚さ０．６ｍｍ、開口数ＮＡ０．６３であり、ＣＤの光学的仕様は、波長７８５ｎｍ、保護層の厚さ１．２ｍｍ、開口数ＮＡ０．５０である。但し、波長、保護層の厚さ、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ＰＵ３は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍのレーザ光束を射出する第１の発光点ＥＰ１と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束を射出する第２の発光点ＥＰ２と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束を射出する第３の発光点ＥＰ３と、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第２の受光部ＤＳ２と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第３の受光部ＤＳ３と、プリズムＰＳとから構成されたレーザモジュールＬＭ、対物レンズＯＢＪと２軸アクチュエータＡＣ２と高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．６５に対応した絞りＳＴＯとから構成された対物レンズユニットＯＵ、コリメートレンズＣＯＬ、一対の光学的透明基板Ｔ１とＴ２に挟まれるように配設された一対の電極ＥＬＰ１とＥＬＰ２と、これらの電極ＥＬＰ１及びＥＬＰ２に更に挟まれるように配設された液晶分子層ＬＣと、電極ＥＬＰ１及びＥＬＰ２に電圧を印可するための電源（図示せず）とを備える液晶素子ＬＣＤとから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
また、対物レンズＯＢＪは高密度光ディスクＨＤに対して最適化された両面非球面プラスチックレンズであり、その光源側の光学面上には、波長選択性を有するフィルタが形成されている。このフィルタは波長に応じて光束の通過領域を制限することで、ＤＶＤに対しては開口数ＮＡ０．６３を実現し、ＣＤに対しては開口数ＮＡ０．５０を実現する。
かかる波長選択性を有するフィルタの代わりに、第２７回光学シンポジウム講演予稿集の５５〜５６頁に記載されているような回折構造を対物レンズＯＢＪの光源側の光学面上に形成しても良い。
更に、対物レンズユニットＯＵには、図示は省略するが、２軸アクチュエータＡＣ２の動作制御を行う動作制御回路が設けられている。
また、対物レンズＯＢＪは、フォルダＦにより液晶素子ＬＣＤと一体化されており、対物レンズＯＢＪは液晶素子ＬＣＤと一体となってトラッキングやフォーカシングを行う。
コリメートレンズＣＯＬは、色収差補正用光学ユニットとしての機能を備えており、コリメートレンズＣＯＬの光学面上には、青紫色領域における対物レンズＯＢＪの色収差を補正するための回折構造が形成されており、図４中の拡大図に示すように、その輪帯の段差の光軸方向の深さｄは、波長４０５ｎｍのレーザ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効率を有する回折光の回折次数に対して、波長６５５ｎｍ及び波長７８５ｎｍの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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されている。これにより、それぞれの波長領域において十分な回折効率が得られるとともに、青紫色領域で色収差を補正した場合でも、波長６５５ｎｍ及び波長７８５ｎｍの波長領域における色収差補正が過剰になりすぎない。
また、液晶素子ＬＣＤは、球面収差補正用光学ユニットとしての機能を備えており、詳しい説明は後述するが、様々な要因で発生する、高密度光ディスクの情報記録面上のスポットの球面収差変化を補正することができる。このような液晶素子ＬＣＤにより球面収差変化を補正する技術は、例えば特開２００１−４３５４９号公報に記載されているので、ここでは詳細な記述はしない。
光ピックアップ装置ＰＵ３において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、まず発光点ＥＰ１を発光させる。発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図４において実線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって平行光束とされる。その後、液晶素子ＬＣＤを透過し、絞りＳＴＯにより光束径が規制された後、対物レンズＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトッラキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＳＴＯ、液晶素子ＬＣＤ、及びコリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部ＤＳ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる
高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う際に、例えば、発光点ＥＰ１から射出させる青紫色レーザ光束の波長変化、保護層ＰＬ１の厚さ誤差、２層ディスクの情報記録面間のフォーカスジャンプ、環境温度変化や２軸アクチュエータＡＣ２の発熱に伴う対物レンズＯＢＪの屈折率変化、等の影響で情報記録面ＲＬ１上のスポットの球面収差が補正過剰方向に変化した場合は、電源により電極ＥＬＰ１とＥＬＰ２に電圧を印可して、液晶分子層ＬＣ内の屈折率分布を変化させることで、液晶素子ＬＣＤを透過する青紫色レーザ光束に補正不足の球面収差波面を付加させる。逆に、情報記録面ＲＬ１上のスポットの球面収差が補正不足方向に変化した場合は、電源により電極ＥＬＰ１とＥＬＰ２に電圧を印可して、液晶分子層ＬＣ内の屈折率分布を変化させることで、液晶素子ＬＣＤを透過する青紫色レーザ光束に補正過剰の球面収差波面を付加させる。これにより、情報記録面ＲＬ１上のスポットは常に球面収差が補正された状態となるので、高密度光ディスクＨＤに対して良好な記録／再生特性が得られる。
また、回折構造が形成された、コリメートレンズＣＯＬと対物レンズＯＢＪとを透過した波面は色収差が良好に補正された状態となるので、情報の再生から記録へと切り替える際に青紫色半導体レーザＬＤ１がモードホッピングを起こしても、情報記録面ＲＬ１上に集光されたスポット径が大きくなることはない。
また、光ピックアップ装置ＰＵ３において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ２を発光させる。発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図４において破線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、コリメートレンズＣＯＬによって平行光束とされる。その後、液晶素子ＬＣＤを透過し、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトッラキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＳＴＯ、液晶素子ＬＣＤ、及びコリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部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。
上述したように、対物レンズＯＢＪは、高密度光ディスクＨＤに対して最適化された両面非球面プラスチックレンズであるので、対物レンズＯＢＪに対して６５５ｎｍの光束が入射した場合、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に集光されるスポットは、対物レンズＯＢＪの波長分散の影響で球面収差が補正過剰方向に変化する。そこで、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、この球面収差変化が補正されるように、電源により電極ＥＬＰ１とＥＬＰ２に電圧を印可して、液晶分子層ＬＣ内の屈折率分布を変化させることで、液晶素子ＬＣＤを透過する６５５ｎｍの光束に補正不足の球面収差波面を付加する。これにより、液晶素子ＬＣＤと対物レンズＯＢＪとを透過してＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に集光した６５５ｎｍの光束は、球面収差が補正された状態となるのでＤＶＤに対する情報の記録／再生が可能となる。
更に、光ピックアップ装置ＰＵ３において、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ３を発光させる。発光点ＥＰ３から射出された発散光束は、図４において２点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、コリメートレンズＣＯＬによって平行光束とされる。その後、液晶素子ＬＣＤを透過し、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトッラキングを行う。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、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＳＴＯ、液晶素子ＬＣＤ、及びコリメートレンズＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ３に集光する。そして、受光部ＤＳ３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。
対物レンズＯＢＪは、高密度光ディスクＨＤに対して最適化された両面非球面プラスチックレンズであるので、対物レンズＯＢＪに対して７８５ｎｍの光束が入射した場合、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光されるスポットは、対物レンズＯＢＪの波長分散と高密度光ディスクの保護層ＰＬ１とＣＤの保護層ＰＬ３の違いの影響で球面収差が補正過剰方向に変化する。そこで、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、この球面収差変化が補正されるように、電源により電極ＥＬＰ１とＥＬＰ２に電圧を印可して、液晶分子層ＬＣ内の屈折率分布を変化させることで、液晶素子ＬＣＤを透過する７８５ｎｍの光束に補正不足の球面収差波面を付加する。これにより、液晶素子ＬＣＤと対物レンズＯＢＪとを透過してＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光した７８５ｎｍの光束は、球面収差が補正された状態となるのでＣＤに対する情報の記録／再生が可能となる。
[第４の実施の形態]
図５は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第４の光ピックアップ装置ＰＵ４の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長４０５ｎｍ、保護層の厚さ０．１ｍｍ、開口数ＮＡ０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長６５５ｎｍ、保護層の厚さ０．６ｍｍ、開口数ＮＡ０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長７８５ｎｍ、保護層の厚さ１．２ｍｍ、開口数ＮＡ０．５０である。但し、波長、保護層の厚さ、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ＰＵ４は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの共用の光検出器ＰＤ１／ＰＤ２、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束を射出する赤外半導体レーザＬＤ３と光検出器ＰＤ３とが一体化されたＣＤ用モジュールＭＤ３、対物レンズユニットＯＵ、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３、第１コリメートレンズＣＯＬ１と１軸アクチュエータＡＣ１とから構成されたコリメートレンズユニットＣＵ、第２コリメートレンズＣＯＬ２、センサーレンズＳＥＮ、ビーム整形素子ＳＨ、とから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
対物レンズユニットＯＵは、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとに対する情報の記録／再生を行うための第１対物レンズＯＢＪ１と、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した第１の絞りＳＴＯ１と、ＣＤに対する情報の記録／再生を行うための第２対物レンズＯＢＪ２と、ＣＤの開口数ＮＡ０．５０に対応した第２の絞りＳＴＯ２と、２軸アクチュエータＡＣ２と、図５中に矢印で示すように、情報の記録／再生を行う光ディスクの記録密度に応じて選択的に第１対物レンズＯＢＪ１と第２対物レンズＯＢＪ２とを切り替える対物レンズ切り替え手段（図示せず）とから構成されている。なお、対物レンズユニットＯＵの構造は、図３に示したものと同様であるため説明は省略する。
第１対物レンズＯＢＪ１は、回折レンズＬ１と、この回折レンズＬ１を透過したレーザ光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光レンズＬ２とから構成されている。回折レンズＬ１はプラスチックレンズであり、集光レンズＬ２はガラスレンズである。それぞれのレンズは保持部材ＨＢを介して一体化されている。
第１対物レンズＯＢＪ１を設計する際に仮定した高密度光ディスクＨＤ及びＤＶＤの光学的仕様は、高密度光ディスクＨＤが、波長λ１＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤが、波長λ２＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
更に、対物レンズユニットＯＵには、図示は省略するが、２軸アクチュエータＡＣ２の動作制御を行う動作制御回路が設けられている。
回折レンズＬ１の光源側の光学機能面Ｓ１は、ＮＡ２内の領域に対応する第１領域ＡＲＥＡ１（図示略）と、ＮＡ２からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２（図示略）とに分割されており、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が、光軸を中心として配列された構造である階段型回折構造ＤＯＥが第１領域ＡＲＥＡ１に形成されている。
第１領域ＡＲＥＡ１に形成された階段型回折構造ＤＯＥにおいて、各輪帯内に形成された階段構造の１段あたりの深さｄは、
ｄ＝２・λ１／（ｎ１−１）（μｍ）
で算出される値に設定され、各輪帯の分割数Ｎは５に設定されている。但し、λ１は青紫色半導体レーザから射出されるレーザ光束の波長をミクロン単位で表したものであり（ここでは、λ１＝０．４０５μｍ）、ｎ１は回折レンズＬ１の波長λ１に対する屈折率である（ここでは、ｎ１＝１．５２４６９４）。
この階段型回折構造ＤＯＥに対して、波長λ１のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段間では２×λ１（μｍ）の光路差が発生し、波長λ１のレーザ光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する。尚、以下の説明では、階段型回折構造により実質的に位相差が与えられずにそのまま透過する光束を０次回折光という。
一方、この階段型回折構造ＤＯＥに対して、赤色半導体レーザから射出される波長λ２（ここでは、λ２＝０．６５５ｍ）のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段間ではｄ×（ｎ２−１）−λ２＝０．１３μｍの光路差が生じることになり、５分割された輪帯１つ分では、０．１３×５＝０．６５μｍと波長λ２の１波長分の光路差が生じるので、隣接する輪帯を透過した波面がそれぞれ１波長ずれて重なり合うことになる。即ち、この階段型回折構造ＤＯＥにより波長λ２の光束は１次方向に回折される回折光となる。対物レンズＯＢＪでは、階段型回折構造ＤＯＥの波長λ２に対する回折作用を利用して、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１とＤＶＤの保護層ＰＬ２との厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正している。尚、ｎ２は回折レンズＬ２の波長λ２に対する屈折率である（ここでは、ｎ２＝１．５０６５１３）。このときの波長λ２のレーザ光束の１次回折光の回折効率は、８７．３％となるが、ＤＶＤに対する情報の記録／再生には十分な光量である。
尚、階段型回折構造ＤＯＥは、光軸を含む第１領域ＡＲＥＡ１に形成されているので、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２との厚さの違いに起因して発生する球面収差は、第１領域ＡＲＥＡ１通過する波長λ２の光束に対してのみ補正され、その周囲を囲む第２領域ＡＲＥＡ２を通過する波長λ２の光束に対しては補正されない。従って、対物レンズＯＢＪに入射した波長λ２の光束のうち、第２領域ＡＲＥＡ２を通過する光束は、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上へのスポット形成に寄与しないフレア成分となる。
これは、自動的にＮＡ２に対応した開口制限がなされることと透過であるので、第４の光ピックアップ装置ＰＵ４においては、ＤＶＤの開口数ＮＡ２に対応した開口制限素子を別途設ける必要がない。
第１コリメートレンズＣＯＬ１は、色収差補正用光学ユニットとしての機能と球面収差補正用光学ユニットとしての機能を兼ね備えている。つまり、色収差補正用光学ユニットと球面収差補正用光学ユニットとは同一の光学ユニットとなっている。
また、第１コリメートレンズＣＯＬ１の出射面上には、青紫色領域における第１対物レンズＯＢＪ１の色収差を補正するための回折構造が形成されており、図５中の拡大図に示すように、その輪帯の段差の光軸方向の深さｄは、波長４０５ｎｍのレーザ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効率を有する回折光の回折次数に対して、波長６５５ｎｍの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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されている。これにより、それぞれの波長領域において十分な回折効率が得られるとともに、青紫色領域で色収差を補正した場合でも、波長６５５ｎｍの波長領域における色収差補正が過剰になりすぎない。
また、第１コリメートレンズＣＯＬ１は、１軸アクチュエータＡＣ１により光軸に沿って変移することで、第１対物レンズＯＢＪ１への入射光束のマージナル光線の傾角を変化させることが可能となっているため、詳しい説明は後述するが、様々な要因で発生する高密度光ディスクの情報記録面上のスポットの球面収差変化を補正することができる。
尚、コリメートレンズユニットＣＵには、図示は省略するが、１軸アクチュエータＡＣ１の動作制御を行う動作制御回路が設けられている。
光ピックアップ装置ＰＵ４において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図５において実線でその光線経路を描いたように、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、ビーム整形素子ＳＨを透過することによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、第１及び第２の偏光ビームスプリッタＢＳ１及びＢＳ２を透過した後、第１コリメートレンズＣＯＬ１により平行光束に変換され、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３を通過して、絞りＳＴＯ１により光束径が規制され、第１対物レンズＯＢＪ１によって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。第１対物レンズＯＢＪ１は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第１対物レンズＯＢＪ１、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３、第１コリメートレンズＣＯＬ１を透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、センサーレンズＳＥＮにより、非点収差が与えられるとともに収斂光束に変換され、光検出器ＰＤ１／ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１／ＰＤ２の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
ここで、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う際に、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の波長変化、保護層ＰＬ１の厚さ誤差、２層ディスクの情報記録面間のフォーカスジャンプ、環境温度変化や２軸アクチュエータＡＣ２の発熱に伴う対物レンズＯＢＪの屈折率変化、等の影響で情報記録面ＲＬ１上のスポットの球面収差が補正過剰方向に変化した場合は、第１対物レンズＯＢＪ１との間隔を広げるように、第１コリメートレンズＣＯＬ１を１軸アクチュエータＡＣ１により変移させる。逆に、情報記録面ＲＬ１上のスポットの球面収差が補正不足方向に変化した場合は、第１対物レンズＯＢＪ１との間隔を狭めるように、第１コリメートレンズＣＯＬ１を１軸アクチュエータＡＣ１により変移させる。これにより、情報記録面ＲＬ１上のスポットは常に球面収差が補正された状態となるので、高密度光ディスクＨＤに対して良好な記録／再生特性が得られる。
また、回折構造が形成された、第１コリメートレンズＣＯＬ１と第１対物レンズＯＢＪ１とを透過した波面は色収差が良好に補正された状態となるので、情報の再生から記録へと切り替える際に青紫色半導体レーザＬＤ１がモードホッピングを起こしても、情報記録面ＲＬ１上に集光されたスポット径が大きくなることはない。
更に、第１コリメートレンズＣＯＬ１は、環境温度変化に伴う第１コリメートレンズＣＯＬ１の屈折率変化（屈折パワー変化）に起因する射出光束の発散度変化を、環境温度変化に伴う青紫色半導体レーザＬＤ１の波長変化による回折パワーの変化により補償する機能を有するので、環境温度が変化しても第１コリメートレンズＣＯＬ１から射出される光束の発散度はほとんど変化しない。これにより、温度変化に伴う第１対物レンズＯＢＪ１の倍率が変化しないので球面収差が劣化しない。
また、光ピックアップ装置ＰＵ４において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図５において破線でその光線経路を描いたように、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、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射された後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２を透過し、第１コリメートレンズＣＯＬ１により平行光束に変換され、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３を通過して、絞りＳＴＯ１により光束径が規制され、第１対物レンズＯＢＪ１によってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。第１対物レンズＯＢＪ１は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第１対物レンズＯＢＪ１、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３、第１コリメートレンズＣＯＬ１を透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、センサーレンズＳＥＮにより、非点収差が与えられるとともに収斂光束に変換され、光検出器ＰＤ１／ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１／ＰＤ２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ＰＵ４において、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、対物レンズユニットＯＵの対物レンズ切り替え手段により、第２対物レンズＯＢＪ２を赤外半導体レーザＬＤ３からの光束の光路中に挿入する。その後、図５において二点鎖線でその光線経路を描いたように、ＣＤ用モジュールＭＤ３を作動させて赤外半導体レーザ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、第２コリメートレンズＣＯＬ２により平行光束に変換された後、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３により反射され、絞りＳＴＯ２により光束径が規制され、第２対物レンズＯＢＪ２によってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。第２対物レンズＯＢＪ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第２対物レンズＯＢＪ２を通過した後、第３の偏光ビームスプリッタＢＳ３により反射され、ＣＤ用モジュールＭＤ３の光検出器ＰＤ３の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ３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。
[第５の実施の形態]
図６は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとに対して適切に情報の記録／再生を行える第５の光ピックアップ装置ＰＵ５の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長４０５ｎｍ、保護層の厚さ０．１ｍｍ、開口数ＮＡ０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長６５５ｎｍ、保護層の厚さ０．６ｍｍ、開口数ＮＡ０．６５である。但し、波長、保護層の厚さ、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ＰＵ５は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの共用の光検出器ＰＤ１／ＰＤ２、対物レンズＯＢＪと２軸アクチュエータＡＣと高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯとから構成された対物レンズユニットＯＵ、コリメートレンズＣＯＬ、一対の光学的透明基板Ｔ１とＴ２に挟まれるように配設された一対の電極ＥＬＰ１とＥＬＰ２と、これらの電極ＥＬＰ１及びＥＬＰ２に更に挟まれるように配設された液晶分子層ＬＣと、電極ＥＬＰ１及びＥＬＰ２に電圧を印可するための電源（図示せず）とを備える液晶素子ＬＣＤ、色収差補正用光学素子ＨＯＥ、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、センサーレンズＳＥＮ、ビーム整形素子ＳＨ、とから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
対物レンズＯＢＪは、回折レンズＬ１と、この回折レンズＬ１を透過したレーザ光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光レンズＬ２とから構成されている。回折レンズＬ１はプラスチックレンズであり、集光レンズＬ２はガラスレンズである。それぞれのレンズは保持部材ＨＢを介して一体化されている。
対物レンズＯＢＪを設計する際に仮定した高密度光ディスクＨＤ及びＤＶＤの光学的仕様は、高密度光ディスクＨＤが、波長λ１＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤが、波長λ２＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
更に、対物レンズユニットＯＵには、図示は省略するが、２軸アクチュエータＡＣ２の動作制御を行う動作制御回路が設けられている。
回折レンズＬ１の光源側の光学機能面Ｓ１は、ＮＡ２内の領域に対応する第１領域ＡＲＥＡ１（図示略）と、ＮＡ２からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２（図示略）とに分割されており、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が、光軸を中心として配列された構造である階段型回折構造ＤＯＥが第１領域ＡＲＥＡ１に形成されている。なお、階段型回折構造ＤＯＥの形状及び機能については、第４の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
色収差補正用光学素子ＨＯＥは、色収差補正用光学ユニットとしての機能を備えており、液晶素子ＬＣＤは、球面収差補正用光学ユニットとしての機能を備えている。
また、色収差補正用光学素子ＨＯＥの入射面上には、青紫色領域における対物レンズＯＢＪの色収差を補正するための回折構造が形成されており、図６中の拡大図に示すように、その輪帯の段差の光軸方向の深さｄは、波長４０５ｎｍのレーザ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効率を有する回折光の回折次数に対して、波長６５５ｎｍの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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されている。これにより、それぞれの波長領域において十分な回折効率が得られるとともに、青紫色領域で色収差を補正した場合でも、波長６５５ｎｍの波長領域における色収差補正が過剰になりすぎない。
また、液晶素子ＬＣＤは、球面収差補正用光学ユニットとしての機能を備えており、詳しい説明は後述するが、様々な要因で発生する、高密度光ディスクの情報記録面上のスポットの球面収差変化を補正することができる。このような液晶素子ＬＣＤにより球面収差変化を補正する技術は、例えば特開２００１−４３５４９号公報に記載されているので、ここでは詳細な記述はしない。
光ピックアップ装置ＰＵ５において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図６において実線でその光線経路を描いたように、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、ビーム整形素子ＳＨを透過することによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、第１及び第２の偏光ビームスプリッタＢＳ１及びＢＳ２を透過した後、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換され、色収差補正用光学素子ＨＯＥを通過して、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、液晶素子ＬＣＤを透過し、対物レンズＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、液晶素子ＬＣＤ、色収差補正用光学素子ＨＯＥ、コリメートレンズＣＯＬを透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、センサーレンズＳＥＮにより、非点収差が与えられるとともに収斂光束に変換され、光検出器ＰＤ１／ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１／ＰＤ２の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う際に、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１から射出させる青紫色レーザ光束の波長変化、保護層ＰＬ１の厚さ誤差、２層ディスクの情報記録面間のフォーカスジャンプ、環境温度変化や２軸アクチュエータＡＣの発熱に伴う対物レンズＯＢＪの屈折率変化、等の影響で情報記録面ＲＬ１上のスポットの球面収差が補正過剰方向に変化した場合は、電源により電極ＥＬＰ１とＥＬＰ２に電圧を印可して、液晶分子層ＬＣ内の屈折率分布を変化させることで、液晶素子ＬＣＤを透過する青紫色レーザ光束に補正不足の球面収差波面を付加させる。逆に、情報記録面ＲＬ１上のスポットの球面収差が補正不足方向に変化した場合は、電源により電極ＥＬＰ１とＥＬＰ２に電圧を印可して、液晶分子層ＬＣ内の屈折率分布を変化させることで、液晶素子ＬＣＤを透過する青紫色レーザ光束に補正過剰の球面収差波面を付加させる。これにより、情報記録面ＲＬ１上のスポットは常に球面収差が補正された状態となるので、高密度光ディスクＨＤに対して良好な記録／再生特性が得られる。
また、回折構造が形成された、色収差補正用光学素子ＨＯＥと対物レンズＯＢＪとを透過した波面は色収差が良好に補正された状態となるので、情報の再生から記録へと切り替える際に青紫色半導体レーザＬＤ１がモードホッピングを起こしても、情報記録面ＲＬ１上に集光されたスポット径が大きくなることはない。
また、光ピックアップ装置ＰＵ５において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図６において破線でその光線経路を描いたように、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、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射された後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２を透過し、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換され、色収差補正用光学素子ＨＯＥを通過して、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、液晶素子ＬＣＤを透過し、対物レンズＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、液晶素子ＬＣＤ、色収差補正用光学素子ＨＯＥ、コリメートレンズＣＯＬを透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、センサーレンズＳＥＮにより、非点収差が与えられるとともに収斂光束に変換され、光検出器ＰＤ１／ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１／ＰＤ２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。
尚、上述した第１乃至第５の光ピックアップ装置では、球面収差補正用光学ユニットにより、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う際の情報記録面上のスポットの球面収差を補正する例を説明したが、ＤＶＤやＣＤに対して情報の記録／再生を行う際にも球面収差を補正するような構成としても良い。
[第６の実施の形態]
図２４は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとに対して適切に情報の記録／再生を行える第６の光ピックアップ装置ＰＵ６の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長４０５ｎｍ、保護層の厚さ０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長６５５ｎｍ、保護層の厚さ０．６ｍｍ、開口数ＮＡ０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、波長７８５ｎｍ、保護層の厚さ１．２ｍｍ、開口数ＮＡ０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、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ＰＵ６は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１の発光点ＥＰ１（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６５５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２の発光点ＥＰ２（第２光源）と、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第２の受光部ＤＳ２と、プリズムＰＳとから構成された高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ用レーザモジュールＬＭ１、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）を射出する赤外半導体レーザＬＤ３（第３光源）と光検出器ＰＤ３とが一体化されたＣＤ用モジュールＭＤ３、対物レンズＯＢＪとＣＤ用の開口制限素子ＡＰと２軸アクチュエータＡＣ２と高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯと保持部材ＨＢとから構成された対物レンズユニットＯＵ、偏光ビームスプリッタＢＳ、コリメートレンズＣＯＬと１軸アクチュエータＡＣ１とから構成されたコリメートレンズユニットＣＵ、ビーム整形素子ＳＨとから構成されている。
光ピックアップ装置ＰＵ６において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ用レーザモジュールＬＭ１を作動させて第1の発光点ＥＰ１を発光させる。第1の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図２４において実線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、ビーム整形素子ＳＨを透過することにより、その断面形状が楕円形から円形に整形され、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされた後、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物レンズＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、ビーム整形素子ＳＨを透過した後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部ＤＳ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵ６においてＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２光束が平行光束の状態でコリメートレンズＣＯＬから射出されるように、対物レンズＯＢＪとコリメートレンズＣＯＬとの間の距離が、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合よりも小さくなるように１軸アクチュエータＡＣ２によりコリメートレンズＣＯＬを移動させる。その後、対物レンズＯＢＪと第１高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ用レーザモジュールＬＭ１を作動させて第２の発光点ＥＰ２を発光させる。第２の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図２４において点線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、ビーム整形素子ＳＨを透過することにより、その断面形状が楕円形から円形に整形され、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされた後、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、開口制限素子ＡＰを透過し、対物レンズＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、ビーム整形素子ＳＨを透過した後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、受光部ＤＳ２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、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図２４において二点鎖線でその光線経路を描いたように、ＣＤ用モジュールＭＤ３を作動させて赤外半導体レーザ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、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、開口制限素子ＡＰを透過した後、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射され、ＣＤ用モジュールＭＤ１の光検出器ＰＤ３の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ３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。
対物レンズＯＢＪは、回折レンズＬ１と、この回折レンズＬ１を透過したレーザ光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光レンズＬ２とから構成されている。それぞれのレンズは共にプラスチックレンズであり、光学面と一体に成形されたフランジ部を接合することで一体化されている。
対物レンズユニットＯＵには、図示は省略するが、２軸アクチュエータＡＣ２の動作制御を行う動作制御回路が設けられている。
回折レンズＬ１の光源側の光学機能面Ｓ１は、ＮＡ２内の領域に対応する第１領域ＡＲＥＡ１（図示略）と、ＮＡ２からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２（図示略）とに分割されており、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が、光軸を中心として配列された構造である階段型回折構造ＤＯＥが第１領域ＡＲＥＡ１に形成されている。
第１領域ＡＲＥＡ１に形成された階段型回折構造ＤＯＥにおいて、各輪帯内に形成された階段構造の１段あたりの深さｄは、
ｄ＝２・λ１／（ｎ１−１）（μｍ）
で算出される値に設定され、各輪帯の分割数Ｎは５に設定されている。但し、λ１は青紫色半導体レーザから射出されるレーザ光束の波長をミクロン単位で表したものであり（ここでは、λ１＝０．４０５μｍ）、ｎ１は回折レンズＬ１の波長λ１に対する屈折率である（ここでは、ｎ１＝１．５２４６９４）。
この階段型回折構造ＤＯＥに対して、波長λ１のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段間では２×λ１（μｍ）の光路差が発生し、波長λ１のレーザ光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する。尚、以下の説明では、階段型回折構造により実質的に位相差が与えられずにそのまま透過する光束を０次回折光という。
また、この階段型回折構造ＤＯＥに対して、波長λ３のレーザ光束が入射した場合には、λ３≒２×λ１であるので、隣接する階段間では１×λ３（μｍ）の光路差が発生し、波長λ３のレーザ光束も波長λ１のレーザ光束と同様に、実質的に位相差が与えらずにそのまま透過する。
一方、この階段型回折構造ＤＯＥに対して、赤色半導体レーザから射出される波長λ２（ここでは、λ２＝０．６５５ｍ）のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段間ではｄ×（ｎ２−１）−λ２＝０．１３μｍの光路差が生じることになり、５分割された輪帯１つ分では、０．１３×５＝０．６５μｍと波長λ２の１波長分の光路差が生じるので、隣接する輪帯を透過した波面がそれぞれ１波長ずれて重なり合うことになる。即ち、この階段型回折構造ＤＯＥにより波長λ２の光束は１次方向に回折される回折光となる。対物レンズＯＢＪでは、階段型回折構造ＤＯＥの波長λ２に対する回折作用を利用して、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１とＤＶＤの保護層ＰＬ２との厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正している。尚、ｎ２は回折レンズＬ２の波長λ２に対する屈折率である（ここでは、ｎ２＝１．５０６５１３）。このときの波長λ２のレーザ光束の１次回折光の回折効率は、８７．３％となるが、ＤＶＤに対する情報の記録／再生には十分な光量である。
尚、階段型回折構造ＤＯＥは、光軸を含む第１領域ＡＲＥＡ１に形成されているので、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２との厚さの違いに起因して発生する球面収差は、第１領域ＡＲＥＡ１通過する波長λ２の光束に対してのみ補正され、その周囲を囲む第２領域ＡＲＥＡ２を通過する波長λ２の光束に対しては補正されない。従って、対物レンズＯＢＪに入射した波長λ２の光束のうち、第２領域ＡＲＥＡ２を通過する光束は、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上へのスポット形成に寄与しないフレア成分となる。
これは、自動的にＮＡ２に対応した開口制限がなされることと等価であるので、第４の光ピックアップ装置ＰＵ４においては、ＤＶＤの開口数ＮＡ２に対応した開口制限素子を別途設ける必要がない。
コリメートレンズユニットＣＵは、色収差補正用光学ユニットとしての機能と球面収差補正用光学ユニットとしての機能を兼ね備えている。つまり、色収差補正用光学ユニットと球面収差補正用光学ユニットとは同一の光学ユニットとなっている。
コリメートレンズＣＯＬの出射面上には、青紫色領域における対物レンズＯＢＪの色収差を補正するための回折構造ＨＯＥが形成されており、図中の拡大図に示すように、その輪帯の段差の光軸方向の深さｄは、波長４０５ｎｍのレーザ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効率を有する回折光の回折次数に対して、波長６５５ｎｍの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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されている。これにより、それぞれの波長領域において十分な回折効率が得られるとともに、青紫色領域で色収差を補正した場合でも、波長６５５ｎｍの波長領域における色収差補正が過剰になりすぎない。
また、コリメートレンズＣＯＬは、１軸アクチュエータＡＣ１により光軸に沿って変移することで、対物レンズＯＢＪへの入射光束のマージナル光線の傾角を変化させることが可能となっているため、第１波長λ１と第２波長λ２との間の色収差を吸収し、何れの波長の光束も平行光束の状態でコリメートレンズＣＯＬから射出することが出来る。更に、高密度光ディスクＨＤに対する情報の記録／再生時にコリメートレンズＣＯＬを光軸方向に変移させることで、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能となるので、高密度光ディスクＨＤに対して常に良好な記録／再生特性を維持することができる。
コリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、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レンズＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクに対する記録／再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
以上の説明では、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する場合について説明したが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差をコリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正するようにしても良い。
また、本実施の形態では、ＮＡ３に対応した開口制限を行うための開口素子として、接合部材ＨＢを介して対物レンズＯＢＪと一体化された開口制限素子ＡＰを備えている。そして、２軸アクチュエータＡＣ２により、開口制限素子ＡＰと対物レンズＯＢＪとを一体にトラッキング駆動させるようになっている。
開口制限素子ＡＰの光学面上には、透過率の波長選択性を有する波長選択フィルタＷＦが形成されている。この波長選択フィルタＷＦは、ＮＡ３内の領域では第１波長λ１乃至第３波長λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３からＮＡ１の領域では第３波長λ３のみを遮断し、第１波長λ１及び第２波長λ２を透過する透過率の波長選択性を有しているので、かかる波長選択性によりＮＡ３に対応した開口制限を行うことができる。
なお、回折レンズＬ１の光学機能面上に波長選択フィルタＷＦを形成してもよく、あるいは、集光レンズＬ２の光学機能面上に形成してもよい。
[第７の実施の形態]
図２５は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとに対して適切に情報の記録／再生を行える第７の光ピックアップ装置ＰＵ７の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長４０５ｎｍ、保護層の厚さ０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長６５５ｎｍ、保護層の厚さ０．６ｍｍ、開口数ＮＡ０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、波長７８５ｎｍ、保護層の厚さ１．２ｍｍ、開口数ＮＡ０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、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ＰＵ７は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１とＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する赤色半導体レーザＬＤ２とが一体化された光源ユニットＬＤＵ、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの共用の光検出器ＰＤ、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）を射出する赤外半導体レーザＬＤ３と光検出器ＰＤ３とが一体化されたＣＤ用モジュールＭＤ３、対物レンズＯＢＪとＣＤ用の開口制限素子ＡＰと２軸アクチュエータＡＣ２と高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ０．８５に対応した絞りＳＴＯと保持部材ＨＢとから構成された対物レンズユニットＯＵ、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、コリメートレンズＣＯＬ、負レンズＥ１と正レンズＥ２とから構成されるエキスパンダーレンズＥＸＰと１軸アクチュエータＡＣ１とから構成されたエキスパンダーレンズユニットＥＵ、情報記録面ＲＬ１及びＲＬ２からの反射光束を分割するためのセンサーレンズＳＥＮ、ビーム整形素子ＳＨとから構成されている。
光ピックアップ装置ＰＵ７において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図２５において実線でその光線経路を描いたように、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、ビーム整形素子ＳＨを透過することによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過し、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換され、エキスパンダーレンズＥＸＰ、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２を透過した後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、エキスパンダーレンズＥＸＰ、コリメートレンズＣＯＬを通過した後、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射され、センサーレンズＳＥＮにより非点収差が与えられ、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２光束が平行光束の状態でビームエキスパンダーＥＸＰから射出されるように、エキスパンダーレンズＥＸＰの負レンズＥ１と正レンズＥ２との距離が、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合よりも大きくなるように１軸アクチュエータＡＣ１により負レンズＥ１を移動させる。その後、図２５において点線でその光線経路を描いたように、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、ビーム整形素子ＳＨを透過することによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過し、コリメートレンズＣＯＬにより弱発散光束に変換され、エキスパンダーレンズＥＸＰにより平行光束に変換され、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、開口制限素子ＡＰを透過した後、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２、エキスパンダーレンズＥＸＰ、コリメートレンズＣＯＬを通過した後、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射され、センサーレンズＳＥＮにより非点収差が与えられ、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図２５において二点鎖線でその光線経路を描いたように、ＣＤ用モジュールＭＤ３を作動させて赤外半導体レーザ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、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射された後、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ２によってフォーカシングやトラッキングを行う。
情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰを透過した後、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、ＣＤ用モジュールＭＤ１の光検出器ＰＤ３の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ３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。
対物光学系ＯＢＪの構成や機能は、第６の実施の形態における対物光学系ＯＢＪと同じであるのでここでは詳細な説明は割愛する。
また、開口制限素子ＡＰの構成や機能は、第６の実施の形態における開口制限素子ＡＰと同じであるのでここでは詳細な説明は割愛する。
本実施の形態においては、エキスパンダーレンズユニットＥＵは、色収差補正用光学ユニットとしての機能と球面収差補正用光学ユニットとしての機能を兼ね備えている。つまり、色収差補正用光学ユニットと球面収差補正用光学ユニットとは同一の光学ユニットとなっている。
また、エキスパンダーレンズＥＸＰの正レンズＥ２の出射面上には、青紫色領域における第１対物レンズＯＢＪの色収差を補正するための回折構造ＨＯＥが形成されており、図中の拡大図に示すように、その輪帯の段差の光軸方向の深さｄは、波長４０５ｎｍのレーザ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効率を有する回折光の回折次数に対して、波長６５５ｎｍの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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されている。これにより、それぞれの波長領域において十分な回折効率が得られるとともに、青紫色領域で色収差を補正した場合でも、波長６５５ｎｍの波長領域における色収差補正が過剰になりすぎない。
また、エキスパンダーレンズＥＸＰの負レンズＥ１は、１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向にその位置が変移可能であるように構成されており、上述したように、第１波長λ１と第２波長λ２との間の色収差を吸収し、何れの波長の光束も平行光束の状態でエキスパンダーレンズＥＸＰから射出することが出来る。更に、高密度光ディスクＨＤに対する情報の記録／再生時に負レンズＥ１を光軸方向に変移させることで、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能となるので、高密度光ディスクＨＤに対して常に良好な記録／再生特性を維持することができる。
負レンズＥ１の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、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ＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクに対する記録／再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
以上の説明では、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する場合について説明したが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差を負レンズＥ１の位置調整により補正するようにしても良い。
[実施例]
次に、上述した光ピックアップ装置ＰＵ１におけるエキスパンダーレンズＥＸＰ及び対物レンズＯＢＪとして好適な光学系である実施例１と、光ピックアップ装置ＰＵ２におけるコリメートレンズＣＯＬ、第１の対物レンズＯＢＪ１、及び第２の対物レンズＯＢＪ２として好適な光学系である実施例２と、光ピックアップ装置ＰＵ４における第１コリメートレンズＣＯＬ１及び第１対物レンズＯＢＪ１として好適な光学系である実施例３と、光ピックアップ装置ＰＵ５における色収差補正用光学素子ＨＯＥ及び対物レンズＯＢＪとして好適な光学系である実施例４と、光ピックアップ装置ＰＵ６におけるコリメートレンズＣＯＬ及び対物レンズＯＢＪとして好適な光学系である実施例５について説明する。
各実施例における非球面は、その面の頂点に接する平面からの変形量をＸ（ｍｍ）、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、曲率半径をｒ（ｍｍ）とするとき、次の数２で表される。ただし、κを円錐係数、Ａ2iを非球面係数とする。
Figure 2005166227
 また、各実施例における回折構造は、この回折構造により透過波面に付加される光路差（光路長付加量）で表される。かかる光路差は、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、Ｂ2jを光路差関数係数、ｎを入射光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数、λ（ｎｍ）を回折構造に入射する光束の波長、λＢ（ｎｍ）を回折構造の製造波長とするとき、上記数１で定義される光路差関数Φb（ｍｍ）で表される。
実施例１は、光ピックアップ装置ＰＵ１におけるエキスパンダーレンズＥＸＰ及び対物レンズＯＢＪとして好適な光学系であって、波長４０５ｎｍ、０．６ｍｍの厚さの保護層に対して、収差補正が最適化されたプラスチックレンズである対物レンズＯＢＪと、負レンズＮＬと正レンズＰＬの２枚のプラスチックレンズから構成されたエキスパンダーレンズＥＸＰと、から構成されている。
表１に、この光学系の具体的なレンズデータを示し、図７に、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図を示し、図８に、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図を示し、図９に、ＣＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図を示す。
Figure 2005166227
表１において、ｆ１、ＮＡ１、λ１、ｍ１、ｎ１は高密度光ディスクＨＤ使用時の、対物レンズＯＢＪの焦点距離、対物レンズＯＢＪの開口数、光学系の設計波長、対物レンズＯＢＪの倍率、エキスパンダーレンズＥＸＰの正レンズＰＬに形成した回折構造で発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数であり、ｆ２、ＮＡ２、λ２、ｍ２、ｎ２はＤＶＤ使用時の同様の値であり、ｆ３、ＮＡ３、λ３、ｍ３、ｎ３はＣＤ使用時の同様の値である。また、ｄ２、ｄ６、ｄ７はそれぞれの光ディスク使用時における負レンズＮＬと正レンズＰＬの間隔、保護層の厚さ、作動距離である。また、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎλ１は波長λ１における屈折率、Ｎλ２は波長λ２における屈折率、Ｎλ３は波長λ３における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を、λＢは回折構造の製造波長を表す。
正レンズＰＬの対物レンズＯＢＪ側の光学面（表１において第４面）には、回折構造が形成されており、その光軸に最も近い段差の深さは、７．６μｍである。この回折構造に青紫色半導体レーザＬＤ１からのレーザ光束が入射すると、１０次回折光が最大の回折効率を有するように発生し、レーザモジュールＬＭの第１の発光点ＥＰ１からのレーザ光束が入射すると、６次回折光が最大の回折効率を有するように発生し、レーザモジュールＬＭの第２の発光点ＥＰ２からのレーザ光束が入射すると、５次回折光が最大の回折効率を有するように発生する。
この構成によると、各波長の各回折次数での回折効率は、それぞれ、４０５ｎｍに対する１０次回折光が１００％、６５５ｎｍに対する６次回折光が９９．７％、７８５ｎｍに対する５次回折光が９９．６％となり、いずれの波長に対しても高い回折効率を確保できる。
この回折構造による青紫色領域での対物レンズＯＢＪの色収差補正効果を図１０に示す。図中、「ＯＢＪ＋ＥＸＰ」は、対物レンズＯＢＪとエキスパンダーレンズＥＸＰから構成される光学系の特性を示し、「ＯＢＪ」は対物レンズＯＢＪの特性を示す。また、波面収差を計算する際には、対物レンズＯＢＪは４０５ｎｍでの最良像面位置に固定されている。図１０から、対物レンズＯＢＪとエキスパンダーレンズＥＸＰから構成される光学系は、青紫色半導体レーザＬＤ１のモードホッピングによる波長変化（＋１ｎｍ程度）に対して十分な性能を有するといえる。
この光学系においては、高密度光ディスクＨＤに対する情報の記録／再生中に、エキスパンダーレンズＥＸＰの負レンズＮＬと正レンズＰＬとの間隔を可変調整することで、様々な要因で発生する球面収差を補正することが可能である。
図１１に、その一例として、温度変化により対物レンズＯＢＪで発生する球面収差の補正結果を示す。図中、「ＯＢＪ＋ＥＸＰ」は、対物レンズＯＢＪとエキスパンダーレンズＥＸＰから構成される光学系の特性を示し、「ＯＢＪ」は対物レンズＯＢＪの特性を示し、「ＥＸＰ間隔」は、各温度に対する負レンズＮＬと正レンズＰＬの最適間隔を示す。対物レンズＯＢＪの温度変化に対する屈折率の変化量は、−１．１×１０-5／℃である。図１１から、対物レンズＯＢＪとエキスパンダーレンズＥＸＰから構成される光学系は、環境温度変化や２軸アクチュエータＡＣ２の発熱により対物レンズＯＢＪの温度が変化した場合でも良好な性能を維持できるといえる。
また、ＤＶＤに対しては、負レンズＮＬと正レンズＰＬの間隔を１．５１ｍｍとし、対物レンズＯＢＪに対して発散光束が入射するようにして、対物レンズＯＢＪの波長分散で発生する球面収差を補正した状態で、情報の記録／再生を行う。
更に、ＣＤに対しては、負レンズＮＬと正レンズＰＬの間隔を０．１０ｍｍとし、対物レンズＯＢＪに対して発散光束が入射するようにして、対物レンズＯＢＪの波長分散で発生する球面収差と、高密度光ディスクＨＤとＣＤの保護層の厚さ違いによる球面収差を補正した状態で、情報の記録／再生を行う。
実施例２は、光ピックアップ装置ＰＵ２におけるコリメートレンズＣＯＬ、第１対物レンズＯＢＪ１及び第２対物レンズＯＢＪ２として好適な光学系であって、波長４０５ｎｍ、０．１ｍｍの厚さの保護層に対して、収差補正が最適化された２群２枚構成のプラスチックレンズである第１対物レンズＯＢＪ１と、波長４０５ｎｍ、０．６ｍｍの厚さの保護層に対して、収差補正が最適化されたプラスチックレンズである第２対物レンズＯＢＪ２と、プラスチックレンズであるコリメートレンズＣＯＬと、から構成されている。
表２に、第１対物レンズＯＢＪ１とコリメートレンズＣＯＬとから構成される光学系の具体的なレンズデータを示し、表３に、第２対物レンズＯＢＪ２とコリメートレンズＣＯＬとから構成される光学系の具体的なレンズデータを示し、図１２に、第１の高密度光ディスクＨＤ１に対して情報の記録／再生を行うときの光路図を示し、図１３に、第２の高密度光ディスクＨＤ２に対して情報の記録／再生を行うときの光路図を示し、図１４に、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図を示し、図１５に、ＣＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図を示す。
Figure 2005166227
 表２において、ｆ１、ＮＡ１、λ１、ｍ１、ｎ１は第１の高密度光ディスクＨＤ１使用時の、第１対物レンズＯＢＪ１の焦点距離、第１対物レンズＯＢＪ１の開口数、光学系の設計波長、第１対物レンズＯＢＪ１の倍率、コリメートレンズＣＯＬに形成した回折構造で発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数である。また、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎλ１は波長λ１における屈折率、Ｎλ２は波長λ２における屈折率、Ｎλ３は波長λ３における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表し、λＢは、回折構造の製造波長を表す。
表３において、ｆ１、ＮＡ１、λ１、ｍ１、ｎ１は第２の高密度光ディスクＨＤ２使用時の、第２対物レンズＯＢＪ２の焦点距離、第２対物レンズＯＢＪ２の開口数、光学系の設計波長、第２対物レンズＯＢＪ２の倍率、コリメートレンズＣＯＬに形成した回折構造で発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数であり、ｆ２、ＮＡ２、λ２、ｍ２、ｎ２はＤＶＤ使用時の同様の値であり、ｆ３、ＮＡ３、λ３、ｍ３、ｎ３はＣＤ使用時の同様の値である。また、ｄ０、ｄ２、ｄ４、ｄ５はそれぞれの光ディスク使用時における物体距離、コリメートレンズＣＯＬと第２対物レンズＯＢＪ２の間隔、保護層の厚さ、作動距離である。また、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎλ１は波長λ１における屈折率、Ｎλ２は波長λ２における屈折率、Ｎλ３は波長λ３における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表す。
Figure 2005166227
コリメートレンズＣＯＬの対物レンズＯＢＪ側の光学面（表２、及び表３において第２面）には、回折構造が形成されており、その光軸に最も近い段差の深さは、１．４８μｍである。この回折構造に青紫色半導体レーザＬＤ１からのレーザ光束が入射すると、２次回折光が最大の回折効率を有するように発生し、レーザモジュールＬＭの第１の発光点ＥＰ１からのレーザ光束が入射すると、１次回折光が最大の回折効率を有するように発生し、レーザモジュールＬＭの第２の発光点ＥＰ２からのレーザ光束が入射すると、１次回折光が最大の回折効率を有するように発生する。
この構成によると、各波長の各回折次数での回折効率は、それぞれ、４０５ｎｍに対する２次回折光が９７．７％、６５５ｎｍに対する１次回折光が９３．４％、７８５ｎｍに対する１次回折光が９９．２％となり、いずれの波長に対しても高い回折効率を確保できる。
この回折構造による青紫色領域での第１対物レンズＯＢＪ１の色収差補正効果を図１６に示す。図中、「ＯＢＪ＋ＣＯＬ」は、第１対物レンズＯＢＪ１とコリメートレンズＣＯＬから構成される光学系の特性を示し、「ＯＢＪ」は第１対物レンズＯＢＪ１の特性を示す。
更に、この回折構造による青紫色領域での第２対物レンズＯＢＪ２の色収差補正効果を図１７に示す。図中、「ＯＢＪ＋ＣＯＬ」は、第２対物レンズＯＢＪ２とコリメートレンズＣＯＬから構成される光学系の特性を示し、「ＯＢＪ」は第２対物レンズＯＢＪ２の特性を示す。
図１６及び図１７において、波面収差を計算する際には、これらの対物レンズＯＢＪ１、ＯＢＪ２は４０５ｎｍでの最良像面位置に固定されている。図１６及び図１７から、第１対物レンズＯＢＪ１とコリメートレンズＣＯＬから構成される光学系と第２対物レンズＯＢＪ２とコリメートレンズＣＯＬから構成される光学系は、共に、青紫色半導体レーザＬＤ１のモードホッピングによる波長変化（＋１ｎｍ程度）に対して十分な性能を有するといえる。
この光学系においては、第１の高密度光ディスクＨＤ１及び第２の高密度光ディスクＨＤ２に対する情報の記録／再生中に、コリメートレンズＣＯＬと対物レンズＯＢＪ１、ＯＢＪ２との間隔を可変調整することで、様々な要因で発生する球面収差を補正することが可能である。
図１８に、その一例として、第１の高密度光ディスクＨＤ１の保護層の厚さ変化により発生する球面収差の補正結果を示す。図中、「ＯＢＪ＋ＣＯＬ」は、第１対物レンズＯＢＪ１とコリメートレンズＣＯＬから構成される光学系の特性を示し、「ＯＢＪ」は第１対物レンズＯＢＪ１の特性を示し、「ＣＯＬ−ＯＢＪ間隔」は、各保護層厚さに対するコリメートレンズＣＯＬと第１対物レンズＯＢＪ１との最適間隔を示す。図１８から、第１対物レンズＯＢＪ１とコリメートレンズＣＯＬから構成される光学系は、複数の情報記録面層を有するタイプの第１の高密度光ディスクＨＤ１に対しても良好な性能を維持できるといえる。
また、ＤＶＤに対しては、第２対物レンズＯＢＪ２とコリメートレンズＣＯＬから構成される光学系において、コリメートレンズＣＯＬと第２対物レンズＯＢＪ２の間隔を７．５５ｍｍ（従って、レーザモジュールＬＭの第１の発光点ＥＰ１とコリメートレンズＣＯＬとの間隔は１２．８７８５ｍｍ）とし、第２対物レンズＯＢＪ２に対して発散光束が入射するようにして、第２対物レンズＯＢＪ２の波長分散で発生する球面収差を補正した状態で、情報の記録／再生を行う。
更に、ＣＤに対しては、第２対物レンズＯＢＪ２とコリメートレンズＣＯＬから構成される光学系において、コリメートレンズＣＯＬと第２対物レンズＯＢＪ２の間隔を１４．３ｍｍ（従って、レーザモジュールＬＭの第２の発光点ＥＰ２とコリメートレンズＣＯＬとの間隔は６．１２８５ｍｍ）とし、第２対物レンズＯＢＪ２に対して発散光束が入射するようにして、第２対物レンズＯＢＪ２の波長分散で発生する球面収差と、第２の高密度光ディスクＨＤ２とＣＤの保護層の厚さ違いによる球面収差を補正した状態で、情報の記録／再生を行う。
尚、上述の実施例２における、コリメートレンズＣＯＬと第２対物レンズＯＢＪ２から構成される光学系は、光ピックアップ装置ＰＵ３におけるコリメートレンズＣＯＬ及び対物レンズＯＢＪとして使用することが可能である。
実施例３は、光ピックアップ装置ＰＵ４における第１コリメートレンズＣＯＬ１及び第１対物レンズＯＢＪ１として好適な光学系であって、波長４０５ｎｍ、０．１ｍｍの厚さの保護層、開口数０．８５の規格の高密度光ディスクＨＤと、波長６５５ｎｍ、０．６ｍｍの厚さの保護層、開口数０．６５の規格のＤＶＤとに対して互換性を有する第１対物レンズＯＢＪ１と、第１対物レンズＯＢＪ１側の光学面が回折面とされたプラスチックレンズである第１コリメートレンズＣＯＬ１と、から構成されている。
表４に、この光学系の具体的なレンズデータを示し、図１９に光路図を示す。
Figure 2005166227
表４において、ｆ１、ＮＡ１、λ１、ｍ１、ｎ１は高密度光ディスクＨＤ使用時の、第１対物レンズＯＢＪ１の焦点距離、第１対物レンズＯＢＪ１の開口数、光学系の設計波長、第１対物レンズＯＢＪ１の倍率、第１コリメートレンズＣＯＬ１に形成した回折構造で発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数であり、ｆ２、ＮＡ２、λ２、ｍ２、ｎ２はＤＶＤ使用時の同様の値である。尚、高密度光ディスクＨＤ使用時に、回折レンズＬ１に形成した階段型回折構造ＤＯＥで発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数は０であり（高密度光ディスクＨＤ使用時においては回折作用を受けない０次回折光となる）、ＤＶＤ使用時に、回折レンズＬ１に形成した階段型回折構造ＤＯＥで発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数は１である。
また、ｄ０、ｄ６、ｄ７はそれぞれの光ディスク使用時におけるレーザ光源の発光点と第１コリメートレンズＣＯＬ１との間隔、保護層の厚さ、作動距離である。また、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎλ１は波長λ１における屈折率、Ｎλ２は波長λ２における屈折率、Ｎλ３は波長λ３における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を、λＢは、回折構造の製造波長を表す。また、図１９において、実線で示した光路は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路であり、点線で示した光路は、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路である。
第１対物レンズＯＢＪ１は、階段型回折構造ＤＯＥが形成されたプラスチックレンズである回折レンズＬ１と、両面が非球面とされたＮＡ０．８５のガラスレンズである集光レンズＬ２とから構成されており、階段型回折構造ＤＯＥの作用により、保護層ＰＬ１とＰＬ２との厚さの違いに起因する球面収差を補正することで高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの互換を達成している。
第１コリメートレンズＣＯＬ１の第１対物レンズＯＢＪ１側の光学面（表４において第２面）には、回折構造が形成されており、その光軸に最も近い段差の深さは、２．４３μｍである。この回折構造に青紫色半導体レーザＬＤ１からのレーザ光束が入射すると、３次回折光が最大の回折効率を有するように発生し、赤色半導体レーザＬＤ２からのレーザ光束が入射すると、２次回折光が最大の回折効率を有するように発生する。
この構成によると、各波長の各回折次数での回折効率は、それぞれ、４０５ｎｍに対する３次回折光が９２．９％、６５５ｎｍに対する２次回折光が９５．３％となり、いずれの波長に対しても高い回折効率を確保できる。
この回折構造による青紫色領域での第１対物レンズＯＢＪ１の色収差補正効果を図２０に示す。図中、「ＯＢＪ１＋ＣＯＬ１」は、第１対物レンズＯＢＪ１と第１コリメートレンズＣＯＬ１から構成される光学系の特性を示し、「ＯＢＪ１」は第１対物レンズＯＢＪ１の特性を示す。また、波面収差を計算する際には、第１対物レンズＯＢＪ１は４０５ｎｍでの最良像面位置に固定されている。図２０から、第１対物レンズＯＢＪ１と第１コリメートレンズＣＯＬ１から構成される光学系は、青紫色半導体レーザＬＤ１のモードホッピングによる波長変化（＋１ｎｍ程度）に対して十分な性能を有するといえる。
また、この光学系においては、実施例１及び実施例２の光学系と同様に、高密度光ディスクＨＤに対する情報の記録／再生中に、第１コリメートレンズＣＯＬ１と第１対物レンズＯＢＪ１との間隔を可変調整することで、様々な要因で発生する球面収差を補正することが可能である。
更に、この光学系においては、第１コリメートレンズＣＯＬ１の回折面の近軸パワーを（１４）式及び（１５）式を満たすように設定することで、温度変化に伴う第１コリメートレンズＣＯＬ１からの射出光束の発散度変化をほぼゼロとしている。図２１に、この光学系の温度特性を示す。図中、「ＯＢＪ１＋ＣＯＬＲ」は、第１コリメートレンズＣＯＬ１と焦点距離が同じで回折構造を有さない屈折レンズＣＯＬＲと、第１対物レンズＯＢＪとから構成される光学系の温度特性を示し、「ＯＢＪ１＋ＣＯＬ１」は、温度変化に伴う射出光束の発散度変化が回折構造により補償された第１コリメートレンズＣＯＬ１と、第１対物レンズＯＢＪ１とから構成される光学系の温度特性を示す。尚、上記の温度特性を計算する場合には、屈折レンズＣＯＬＲ、第１コリメートレンズＣＯＬ１及び回折レンズＬ１の温度変化に伴う屈折率変化率を−１１×１０-5／℃、線膨張係数を７．０×１０-5、青紫色半導体レーザＬＤ１の温度変化に伴う波長変化率を＋０．０５ｎｍ／℃としている。図２１から、第１コリメートレンズＣＯＬ１と第１対物レンズＯＢＪ１とから構成される光学系においては、温度が変化しても第１対物レンズＯＢＪ１の球面収差がほとんど変化しないので、高密度光ディスクＨＤに対して良好な記録／再生特性を維持することができる。
尚、この光学系における上記（１４）式及び（１５）式に関する値を以下に示す。
ＮＡ１＝０．８５、ｍ１＝０、ｆ１＝１．７６５（ｍｍ）、λ１＝０．０００４０５ｍｍ、ｆC＝２０ｍｍ、｜β｜＝０．０１８、ｎ＝１．５２４６９４、α＝７．０×１０-5
、ｄｎ／ｄｔ＝−１１×１０-5／℃、ｄｎ／ｄλ＝−１５３／ｍｍ、ｄλ／ｄｔ＝０．０００００５ｍｍ／℃、ＰD＝０．０３３３ｍｍ-1、ＰC＝０．０５ｍｍ-1、ｃ１＝−２．９４×１０-4、ｃ２＝−１．６５×１０-5、
（１４）式＝０．０２１９・λ１（λ１＝０．０００４０５ｎｍ）
（１５）式＝０．０１３５・λ１（λ１＝０．０００４０５ｎｍ）
実施例４は、光ピックアップ装置ＰＵ５における色収差補正用光学素子ＨＯＥ及び対物レンズＯＢＪとして好適な光学系であって、波長４０５ｎｍ、０．１ｍｍの厚さの保護層、開口数０．８５の規格の高密度光ディスクＨＤと、波長６５５ｎｍ、０．６ｍｍの厚さの保護層、開口数０．６５の規格のＤＶＤとに対して互換性を有する対物レンズＯＢＪと、レーザ光源側の光学面が回折面とされたプラスチックレンズである色収差補正用光学素子ＨＯＥと、から構成されている。
表５に、この光学系の具体的なレンズデータを示し、図２２に光路図を示す。
Figure 2005166227
表５において、ｆ１、ＮＡ１、λ１、ｍ１、ｎ１は高密度光ディスクＨＤ使用時の、対物レンズＯＢＪの焦点距離、対物レンズＯＢＪの開口数、光学系の設計波長、対物レンズＯＢＪの倍率、色収差補正用光学素子ＨＯＥの回折構造で発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数であり、ｆ２、ＮＡ２、λ２、ｍ２、ｎ２、ｎ２’はＤＶＤ使用時の同様の値である。尚、高密度光ディスクＨＤ使用時に、回折レンズＬ１に形成した階段型回折構造ＤＯＥで発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数は０であり（高密度光ディスクＨＤ使用時においては回折作用を受けない０次回折光となる）、ＤＶＤ使用時に、回折レンズＬ１に形成した階段型回折構造ＤＯＥで発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数は１である。
また、ｄ６、ｄ７はそれぞれの光ディスク使用時における保護層の厚さ、作動距離である。また、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎλ１は波長λ１における屈折率、Ｎλ２は波長λ２における屈折率、Ｎλ３は波長λ３における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を、λＢは、回折構造の製造波長を表す。また、図２２において、実線で示した光路は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路であり、点線で示した光路は、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路である。
対物レンズＯＢＪは、階段型回折構造ＤＯＥが形成されたプラスチックレンズである回折レンズＬ１と、両面が非球面とされたＮＡ０．８５のガラスレンズである集光レンズＬ２とから構成されており、階段型回折構造ＤＯＥの作用により、保護層ＰＬ１とＰＬ２との厚さの違いに起因する球面収差を補正することで高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの互換を達成している。
色収差補正用光学素子ＨＯＥのレーザ光源側の光学面（表５において第１面）は平面状の光学面上に回折構造が形成された回折面となっており、その光軸に最も近い段差の深さは、３．８６μｍである。この回折構造に青紫色半導体レーザＬＤ１からのレーザ光束が入射すると、５次回折光が最大の回折効率を有するように発生し、赤色半導体レーザＬＤ２からのレーザ光束が入射すると、３次回折光が最大の回折効率を有するように発生する。
この構成によると、各波長の各回折次数での回折効率は、それぞれ、４０５ｎｍに対する５次回折光が１００％、６５５ｎｍに対する３次回折光が９９．９％となり、いずれの波長に対しても高い回折効率を確保できる。
更に、δφD＝｛ｎ１・λ１／（Ｎλ1−１）｝／｛ｎ２・λ２／（Ｎλ2−１）｝で定
義される、回折構造によりλ１に付加される光路長とλ２に付加される光路長の比δφDが１に近い値となるように、高密度光ディスクＨＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ１と、ＤＶＤの記録／再生ビームの回折次数ｎ２を選択しているので、λ１の回折角とλ２の回折角はほぼ同じとなっている。これにより、本実施例における色収差補正用光学素子ＨＯＥを、λ１とλ２とが共に平行光束である光路中に配置するのが容易となる。
尚、色収差補正用光学素子ＨＯＥとして、青紫色領域における屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、且つｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内である材料を使用する場合には、δφDがλ１とλ２とに対して１に近い値となる回折次数ｎ１とｎ２の組合せ（ｎ１，ｎ２）として、本実施例で用いた（５，３）の他に（１０，５）であっても良い。
また、色収差補正用光学素子ＨＯＥの対物レンズＯＢＪ側の光学面（表５において第２面）は、近軸パワーが負である非球面となっており、その近軸パワーの絶対値は、回折面の近軸パワーと同じとなっているので、平行光束の状態で入射する波長λ１の光束は平行光束の状態で射出される。
この回折構造による青紫色領域での対物レンズＯＢＪの色収差補正効果を図２３に示す。図中、「ＯＢＪ＋ＣＯＬ」は、対物レンズＯＢＪと色収差補正用光学素子ＨＯＥから構成される光学系の特性を示し、「ＯＢＪ」は対物レンズＯＢＪの特性を示す。また、波面収差を計算する際には、対物レンズＯＢＪは４０５ｎｍでの最良像面位置に固定されている。図２３から、対物レンズＯＢＪと色収差補正用光学素子ＨＯＥから構成される光学系は、青紫色半導体レーザＬＤ１のモードホッピングによる波長変化（＋１ｎｍ程度）に対して十分な性能を有するといえる。
実施例５は、光ピックアップ装置ＰＵ６におけるコリメートレンズＣＯＬ及び対物レンズＯＢＪとして好適な光学系であって、波長４０８ｎｍ、０．０８７５ｍｍの厚さの保護層、開口数０．８５の規格の高密度光ディスクＨＤと、波長６５８ｎｍ、０．６ｍｍの厚さの保護層、開口数０．６０の規格のＤＶＤと、波長７８５ｎｍ、１．２ｍｍの厚さの保護層、開口数０．４５の規格のＣＤとに対して互換性を有する対物レンズＯＢＪと、対物レンズＯＢＪ側の光学面が回折面とされたプラスチックレンズであるコリメートレンズＣＯＬとから構成されている。
表６に、この光学系の具体的なレンズデータを示し、図２６及び図２７に光路図を示す。
Figure 2005166227
Figure 2005166227
表６において、ｆ１、ＮＡ１、λ１、ｍ１、ｎ１は高密度光ディスクＨＤ使用時の、対物レンズＯＢＪの焦点距離、対物レンズＯＢＪの開口数、光学系の設計波長、対物レンズＯＢＪの倍率、コリメートレンズＣＯＬに形成した回折構造で発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数であり、ｆ２、ＮＡ２、λ２、ｍ２、ｎ２はＤＶＤ使用時の同様の値である。また、ｄ０、ｄ２、ｄ６、ｄ７はそれぞれの光ディスク使用時におけるレーザ光源の発光点とコリメートレンズＣＯＬとの間隔、コリメートレンズＣＯＬと対物レンズＯＢＪの間隔、保護層の厚さ、作動距離である。また、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎλ１は波長λ１における屈折率、Ｎλ２は波長λ２における屈折率、Ｎλ３は波長λ３における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を、λＢは、回折構造の製造波長を表す。
また、図２６において、実線で示した光路は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路であり、点線で示した光路は、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路であり、図２７において、２点鎖線で示した光路は、ＣＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路である。
対物レンズＯＢＪは、階段型回折構造ＤＯＥが形成されたプラスチックレンズである回折レンズＬ１と、両面が非球面とされたＮＡ０．８５のプラスチックレンズである集光レンズＬ２とから構成されており、階段型回折構造ＤＯＥの作用により、保護層ＰＬ１とＰＬ２との厚さの違いに起因する球面収差を補正することで高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの互換を達成している。
コリメートレンズＣＯＬの対物レンズＯＢＪ側の光学面（表６において第２面）には、回折構造が形成されており、その光軸に最も近い段差の深さは、３．８９μｍである。この回折構造に第１の発光点ＥＰ１からの第１光束が入射すると、５次回折光が最大の回折効率を有するように発生し、第２の発光点ＥＰ２からの第２光束が入射すると、３次回折光が最大の回折効率を有するように発生する。この構成によると、各波長の各回折次数での回折効率は、それぞれ、４０８ｎｍに対する３次回折光が１００％、６５８ｎｍに対する２次回折光が１００％となり、いずれの波長に対しても高い回折効率を確保できる。
この回折構造による青紫色領域での対物レンズＯＢＪの色収差補正効果を図２８に示す。図中、「ＯＢＪ＋ＣＯＬ」は、対物レンズＯＢＪとコリメートレンズＣＯＬから構成される光学系の特性を示し、「ＯＢＪ」は対物レンズＯＢＪの特性を示す。また、波面収差を計算する際には、対物レンズＯＢＪは４０８ｎｍでの最良像面位置に固定されている。図２８から、対物レンズＯＢＪとコリメートレンズＣＯＬから構成される光学系は、青紫色半導体レーザＬＤ１のモードホッピングによる波長変化（＋１ｎｍ程度）に対して十分な性能を有するといえる。
また、この光学系においては、実施例１乃至実施例４の光学系と同様に、高密度光ディスクＨＤに対する情報の記録／再生中に、コリメートレンズＣＯＬと対物レンズＯＢＪとの間隔を可変調整することで、様々な要因で発生する球面収差を補正することが可能である。
尚、この光学系においては、第１の発光点ＥＰ１と第２の発光点ＥＰ２とが近接して配置されたレーザモジュールＬＭを使用するため、第２光束がコリメートレンズＣＯＬに入射した場合、色収差の影響でコリメートレンズＣＯＬから射出される第２光束は完全な平行光束にはならないので、対物レンズＯＢＪで球面収差が発生する。そこで、この光学系では、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う際には、コリメートレンズＣＯＬから射出される第２光束が平行光束となるように、色収差に対応した量である０．６７８ｍｍだけコリメートレンズＣＯＬを対物レンズＯＢＪに近づくように移動させてから、ＤＶＤに対する情報の記録／再生を行う。
光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 対物レンズユニットの斜視図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 高密度光ディスクに対して情報の記録／再生を行うときの光路図である。 ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図である。 ＣＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図である。 青紫色領域での対物レンズの色収差補正効果を示すグラフである。 温度変化により対物レンズで発生する球面収差の補正結果を示すグラフである。 第１の高密度光ディスクに対して情報の記録／再生を行うときの光路図である。 第２の高密度光ディスクに対して情報の記録／再生を行うときの光路図である。 ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図である。 ＣＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図である。 青紫色領域での第１対物レンズの色収差補正効果を示すグラフである。 青紫色領域での第２対物レンズの色収差補正効果を示すグラフである。 第１の高密度光ディスクの保護層の厚さ変化により発生する球面収差の補正結果を示すグラフである。 高密度光ディスク及びＤＶＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図である。 青紫色領域での第１対物レンズの色収差補正効果を示すグラフである。 温度特性を示すグラフである。 高密度光ディスク及びＤＶＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図である。 青紫色領域での対物レンズの色収差補正効果を示すグラフである。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 高密度光ディスク及びＤＶＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図である。 ＣＤに対して情報の記録／再生を行うときの光路図である。 青紫色領域での対物レンズの色収差補正効果を示すグラフである。
符号の説明
ＯＵ 対物レンズユニット
ＰＵ 光ピックアップ装置
ＥＸＰ エキスパンダーレンズ
ＣＵ カップリングレンズ

Claims (49)

  1. ４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び前記第１波長λ１の１．３倍より長い第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源の少なくとも２種類の光源と、前記２種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットと、前記２種類の光源と前記対物レンズユニットとの間であって前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置された色収差補正用光学ユニット及び球面収差補正用光学ユニットと、を有する光ピックアップ装置において、
    前記球面収差補正用光学ユニットは、その構成レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群と前記対物レンズユニットとの間隔を可変調整することで、前記対物レンズユニットへの入射光束のマージナル光線の傾角を変化させると共に、
    前記色収差補正用光学ユニットは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
  2. 前記球面収差補正用光学ユニットと前記色収差補正用光学ユニットは、同一の光学ユニット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。
  3. 前記光ピックアップ装置は、少なくとも前記第１光源から射出された光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズを更に有し、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記カップリングレンズと、前記対物レンズユニットの間の光路中に配設された、正レンズ群と負レンズ群とから構成されるエキスパンダーレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
  4. 前記球面収差補正用光学ユニットは、前記２種類の光源から射出された各光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
  5. ４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び前記第１波長λ１の１．３倍より長い第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源の少なくとも２種類の光源と、前記２種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットと、前記２種類の光源と前記対物レンズユニットとの間であって前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置された色収差補正用光学ユニット及び球面収差補正用光学ユニットと、を有する光ピックアップ装置において、
    前記球面収差補正用光学ユニットは、電極と液晶分子層とが交互に積層された構造を有し、前記電極に所定の電圧を印可して、前記液晶分子層の屈折率分布を変化させることが可能であるように構成されると共に、
    前記色収差補正用光学ユニットは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
  6. 前記対物レンズユニットは前記球面収差補正用光学ユニットと一体となってトラッキングを行う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. 前記球面収差補正用光学ユニットは、前記第１波長λ１と前記第２波長λ２の波長差に起因して前記対物レンズユニットで発生する球面収差を補正することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  8. 前記球面収差補正用光学ユニットは、前記第１波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した際に、前記対物レンズユニットの色収差に起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  9. 前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとしたとき、前記第１光ディスクはその情報記録面上に第１保護層を有し、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記第１保護層の厚さ誤差に起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  10. 前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとしたとき、前記第１光ディスクは前記光源側から順に、光学的透明層と情報記録面とが交互に積層された多層構造を有し、前記多層構造において前記光源に最も近い情報記録面から順に、第１情報記録面、第２情報記録面、・・・、第ｎ情報記録面としたとき、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記対物レンズが前記第ｉ情報記録面から前記ｊ情報記録面にフォーカスジャンプする際に発生する球面収差を補正することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
    但し、ｉは１≦ｉ≦ｎを満たす任意の整数であり、ｊは１≦ｉ≦ｎを満たし、且つｉとは異なる任意の整数である。
  11. 前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとし、前記第１光ディスクはその情報記録面上に第１保護層を有し、前記２種類の光ディスクのうち、前記第１光ディスクよりも記録密度が低い光ディスクを第２光ディスクとしたとき、前記第２光ディスクはその情報記録面上に前記第１保護層よりも厚い第２保護層を有し、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記第１保護層と前記第２保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  12. 前記対物レンズユニットはプラスチックレンズを少なくとも１つ有し、前記球面収差補正用光学ユニットは前記対物レンズユニットに含まれるプラスチックレンズの環境温度変化に伴う屈折率変化、及び／又は、前記プラスチックレンズ内の温度分布に伴う屈折率分布に起因する球面収差を補正することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  13. 前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとし、前記第１光ディスクはその情報記録面上に第１保護層を有し、前記２種類の光ディスクのうち、前記第１光ディスクよりも記録密度が低い光ディスクを第２光ディスクとし、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の前記対物レンズユニットの倍率を第１倍率とし、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の前記対物レンズユニットの倍率を第２倍率としたとき、前記第１倍率と前記第２倍率は互いに異なり、前記球面収差補正用光学ユニットは、前記第１倍率と前記第２倍率との違いに応じて前記対物レンズユニットの物点位置を変化させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  14. 前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、前記色収差補正用光学ユニットに前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）（８，５）、（１０、６）のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  15. 前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとし、前記第１光ディスクの次に記録密度が高い光ディスクを第２光ディスクとし、更に、前記第２光ディスクの次に記録密度が高い光ディスクを第３光ディスクとしたとき、
    前記光ピックアップ装置は、７３０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内の第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源を更に有するとともに、前記第１光束及び前記第２光束は、それぞれ、前記色収差補正用光学ユニットを透過した後に、前記対物レンズユニットに入射するとともに、前記第３光束は、前記色収差補正用光学ユニットを介さずに前記対物レンズユニットに入射する構成を有し、
    前記対物レンズユニットは、前記第１光束を前記第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第２光束を前記第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第３光束を前記第３光ディスクの情報記録面上に集光させることを特徴とする請求項１４に記載の光ピックアップ装置。
  16. 前記第１波長λ１及び前記第２波長λ２とは異なる第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源を有し、前記色収差補正用光学ユニットは、前記第１光源乃至前記第３光源と前記対物レンズユニットとの間であって前記第１光束乃至前記第３光束の共通光路中に配置され、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内、前記第３波長λ３は７３０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内の波長であり、前記色収差補正用光学ユニットに前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ３としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２と前記回折次数ｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２、ｎ３）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  17. 前記色収差補正用光学ユニットは、前記波長が互いに異なる少なくとも２種類の光源から射出された光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  18. 前記カップリングレンズは少なくとも１つのプラスチックレンズを有すると共に、前記回折面は、前記カップリングレンズから射出される前記第１光束の、温度変化に対する発散角又は収束角の変化を抑制するための機能を更に有することを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
  19. 前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクである第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合の前記対物レンズユニットの開口数をＮＡ１、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合の前記対物レンズユニットの倍率をｍ１、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合の前記対物レンズユニットの前記λ１に対する焦点距離をｆ１（ｍｍ）、前記第１波長をλ１（ｍｍ）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する焦点距離をｆC（ｍｍ）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する屈折率をｎ、前記カップリングレンズの線膨張係数をα、前記回折面の前記λ１に対する近軸パワーをＰD（ｍｍ-1）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する近軸パワーをＰC（ｍｍ-1）、前記カップリングレンズの温度変化に対する屈折率変化率をｄｎ／ｄｔ、前記カップリングレンズの波長変化に対する屈折率変化率をｄｎ／ｄλ、前記第１光源の温度変化に対する波長変化率をｄλ／ｄｔ、としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項１８に記載の光ピックアップ装置。
    [ＮＡ１・（１−ｍ１）]4・（ｆ１2／ｆC）・｜ｃ１＋（ｃ２−ｃ１）・ＰD／ＰC｜＜０．１３・λ１
    但し、
    ｃ１＝１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄｔ＋１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄλ・ｄλ／ｄｔ−α
    ｃ２＝１／λ１・ｄλ／ｄｔ−２α
    であり、前記ＰDは、前記回折構造による光路長付加量を次の数１で表される光路差関数で定義し、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、最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１としたとき、
    ＰD＝−２・ｎ１・Ｂ2・（λ１／λＢ）
    で表されるものとする。
    ここで、ｎ１は、前記回折面に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数である。
    Figure 2005166227
     尚、上記数１において、ｈ（ｍｍ）は光軸に垂直な方向の高さ、Ｂ2jは光路差関数係数、ｎは入射光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数、λ（ｎｍ）は前記回折構造に入射する光束の波長、λＢ（ｎｍ）は前記回折構造の製造波長を表す。
  20. 次式を満たすことを特徴とする請求項１９に記載の光ピックアップ装置。
    ｜ｃ１＋（ｃ２−ｃ１）・ＰD／ＰC｜／ｆC＜０．０８・λ１（ｍｍ）
  21. 前記色収差補正用光学ユニットは、近軸パワーが負である光学面を少なくとも１つ有し、光軸に対して略平行の状態で入射する前記第１光束を略平行の状態で射出する１群構成の光学素子であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  22. 前記対物レンズユニットは、前記２種類の光ディスクのうち、所定の記録密度を有する光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために使用される第１対物レンズと、前記所定の記録密度を有する光ディスク以外の光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために使用される第２対物レンズの、少なくとも２種類の対物レンズと、これら対物レンズを選択的に切り替えるための対物レンズ切り替え手段と、から構成されることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  23. 前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとしたとき、前記第１光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際の前記対物レンズユニットの開口数が０．８以上であることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  24. 前記２種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスクを第１光ディスクとし、前記第１光ディスクの次に記録密度が高い光ディスク第２光ディスクとしたとき、前記第１光ディスクはその情報記録面上にその厚さが０．０７〜０．１３ｍｍの範囲内である第１保護層を有し、前記第２光ディスクはその情報記録面上にその厚さが０．５５〜０．６５ｍｍの範囲内である第２保護層を有し、前記第１光束を前記第１光ディスク及び第２光ディスクそれぞれの情報記録面上に集光することにより、前記第１光ディスク及び前記第２光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっていることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  25. 請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置を搭載し、前記光ディスクに対する情報の記録と前記光ディスクに記録された情報の再生とのうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする光情報記録再生装置。
  26. 請求項３に記載の光ピックアップ装置における球面収差補正用光学ユニットに適用可能であることを特徴とするエキスパンダーレンズ。
  27. 請求項４に記載の光ピックアップ装置における球面収差補正用光学ユニットに適用可能であることを特徴とするカップリングレンズ。
  28. ４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び前記第１波長λ１の１．３倍より長い第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源の少なくとも２種類の光源と、前記２種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置され、正レンズ群と負レンズ群とから構成されるエキスパンダーレンズにおいて、
    前記エキスパンダーレンズは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されていると共に、その構成レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群と前記対物レンズユニットとの間隔を可変調整することで、前記対物レンズユニットへの入射光束のマージナル光線の傾角を変化させることを特徴とするエキスパンダーレンズ。
  29. 前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）（８，５）、（１０、６）のいずれかであることを特徴とする請求項２８に記載のエキスパンダーレンズ。
  30. 前記エキスパンダーレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（１）〜（８）のいずれか１つを満たすことを特徴とする請求項２９に記載のエキスパンダーレンズ。
    １．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（１）
    １．９μｍ＜ｄ０＜２．６μｍ・・・（２）
    ２．６μｍ＜ｄ０＜３．２μｍ・・・（３）
    ３．３μｍ＜ｄ０＜４．２μｍ・・・（４）
    ４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（５）
    ４．７μｍ＜ｄ０＜５．７μｍ・・・（６）
    ５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（７）
    ６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（８）
  31. 前記エキスパンダーレンズは、前記第１光源、前記第２光源、及び前記第１波長λ１及び前記第２波長λ２とは異なる第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源の３種類の光源と、前記３種類の光源から射出された光束を記録密度が異なる少なくとも３種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束乃至前記第３光束の共通光路中に配置され、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、第３光源から射出される第３光束の第３波長λ３は７３０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ３としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２と前記回折次数ｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２、ｎ３）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とする請求項２８に記載のエキスパンダーレンズ。
  32. 前記エキスパンダーレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（９）乃至（１３）のいずれか１つを満たすことを特徴とする請求項３１に記載のエキスパンダーレンズ。
    １．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（９）
    ２．６μｍ＜ｄ０＜３．０μｍ・・・（１０）
    ４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（１１）
    ５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（１２）
    ６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（１３）
  33. ４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び前記第１波長λ１の１．３倍より長い第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源の少なくとも２種類の光源と、前記２種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置され、前記２種類の光源から射出された各光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズにおいて、
    前記カップリングレンズは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されていると共に、その構成レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群と前記対物レンズユニットとの間隔を可変調整することで、前記対物レンズユニットへの入射光束のマージナル光線の傾角を変化させることを特徴とするカップリングレンズ。
  34. 前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）（８，５）、（１０、６）のいずれかであることを特徴とする請求項３３に記載のカップリングレンズ。
  35. 前記カップリングレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（１）〜（８）のいずれか１つを満たすことを特徴とする請求項３４に記載のカップリングレンズ。
    １．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（１）
    １．９μｍ＜ｄ０＜２．６μｍ・・・（２）
    ２．６μｍ＜ｄ０＜３．２μｍ・・・（３）
    ３．３μｍ＜ｄ０＜４．２μｍ・・・（４）
    ４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（５）
    ４．７μｍ＜ｄ０＜５．７μｍ・・・（６）
    ５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（７）
    ６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（８）
  36. 前記カップリングレンズは、前記第１光源、前記第２光源、及び前記第１波長λ１及び前記第２波長λ２とは異なる第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源の３種類の光源と、前記３種類の光源から射出された光束を記録密度が異なる少なくとも３種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束乃至前記第３光束の共通光路中に配置され、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、第３光源から射出される第３光束の第３波長λ３は７３０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ３としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２と前記回折次数ｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２、ｎ３）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とする請求項３３に記載のカップリングレンズ。
  37. 前記カップリングレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（９）乃至（１３）のいずれか１つを満たすことを特徴とする請求項３６に記載のカップリングレンズ。
    １．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（９）
    ２．６μｍ＜ｄ０＜３．０μｍ・・・（１０）
    ４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（１１）
    ５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（１２）
    ６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（１３）
  38. ４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内の第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源の少なくとも２種類の光源と、前記２種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置され、前記２種類の光源から射出された各光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズにおいて、
    前記カップリングレンズは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数ｎ１に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数ｎ２がより低次数となるように設計されていると共に、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（５，３）、（７，４）、（８，５）、（１０，６）のいずれかであることを特徴とするカップリングレンズ。
  39. 前記カップリングレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（４）式、（６）式、及び（８）式のいずれか１つを満たすことを特徴とする請求項３８に記載のカップリングレンズ。
    ３．３μｍ＜ｄ０＜４．２μｍ （４）
    ４．７μｍ＜ｄ０＜５．７μｍ （６）
    ６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ （８）
  40. ４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源及び６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内の第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源及び７３０ｎｍ乃至８３０ｎｍの範囲内の第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源の少なくとも３種類の光源と、前記３種類の光源から射出された光束を記録密度が互いに異なる少なくとも３種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束及び第２光束及び前記第３光束の共通光路中に配置され、前記３種類の光源から射出された各光束の発散角を変換して前記対物レンズユニットに導くためのカップリングレンズにおいて、
    前記カップリングレンズは、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有するレンズ群を少なくとも１つ有し、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数ｎ１に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数ｎ２及び前記第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効率を有する回折光の回折次数ｎ３及がより低次数となるように設計されていると共に、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２と前記回折次数ｎ３との組合せが、（ｎ１，ｎ２，ｎ３）＝（２，１，１）、（８，５，４）、（８，５）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とするカップリングレンズ。
  41. 前記カップリングレンズの構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（９）式、（１２）式、及び（１３）式のいずれか１つを満たすことを特徴とする請求項４０に記載のカップリングレンズ。
    １．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ （９）
    ５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ （１２）
    ６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ （１３）
  42. 前記カップリングレンズは少なくとも１つのプラスチックレンズを有すると共に、前記回折面は、前記カップリングレンズから射出される前記第１光束の、温度変化に対する発散角又は収束角の変化を抑制するための機能を更に有することを特徴とする請求項３３乃至４１のいずれか一項に記載のカップリングレンズ。
  43. 前記第１波長をλ１（ｍｍ）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する焦点距離をｆC（ｍｍ）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する屈折率をｎ、前記カップリングレンズの線膨張係数をα、前記回折面の前記λ１に対する近軸パワーをＰD（ｍｍ-1）、前記カップリングレンズの前記λ１に対する近軸パワーをＰC（ｍｍ-1）、前記カップリングレンズの温度変化に対する屈折率変化率をｄｎ／ｄｔ、前記カップリングレンズの波長変化に対する屈折率変化率をｄｎ／ｄλ、前記第１光源の温度変化に対する波長変化率をｄλ／ｄｔ、としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項４２に記載のカップリングレンズ。
    ｜ｃ１＋（ｃ２−ｃ１）・ＰD／ＰC｜／ｆC＜０．０８・λ１（ｍｍ）
    但し、
    ｃ１＝１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄｔ＋１／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄλ・ｄλ／ｄｔ−α、
    ｃ２＝１／λ１・ｄλ／ｄｔ−２α
    であり、前記ＰDは、前記回折構造による光路長付加量を次の数１で表される光路差関数で定義し、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、最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ１としたとき、
    ＰD＝−２・ｎ１・Ｂ2・（λ１／λＢ）
    で表されるものとする。
    ここで、ｎ１は、前記回折面に前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数である。
    Figure 2005166227
     尚、上記数１において、ｈ（ｍｍ）は光軸に垂直な方向の高さ、Ｂ2jは光路差関数係数、ｎは入射光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数、λ（ｎｍ）は前記回折構造に入射する光束の波長、λＢ（ｎｍ）は前記回折構造の製造波長を表す。
  44. ４５０ｎｍ以下の第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源と、前記第１波長λ１の１．３倍より長い第２波長λ２の第２光束を射出する第２光源と、の波長が互いに異なる少なくとも２種類の光源と、前記波長が互いに異なる少なくとも２種類の光源から射出された光束を、記録密度が互いに異なる少なくとも２種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束及び第２光束の共通光路中に配置され、光軸に対して略平行の状態で入射する前記第１光束を略平行の状態で射出する色収差補正用光学素子であって、
    前記色収差補正用光学素子は、微細な段差により分割された複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面と、近軸パワーが負である光学面とを少なくとも１つずつ有する１群構成の光学素子であって、前記段差の光軸方向の深さは、前記第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効率を有する回折光の回折次数に対して、前記第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効率を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設計されていることを特徴とする色収差補正用光学素子。
  45. 前記回折構造は、巨視的に平面状である光学面上に形成され、その反対側の光学面は、近軸パワーが負であって前記回折構造が形成されない光学面であることを特徴とする請求項４４に記載の色収差補正用光学素子。
  46. 前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）（８，５）、（１０、６）のいずれかであることを特徴とする請求項４４又は４５に記載の色収差補正用光学素子。
  47. 前記色収差補正用光学素子の構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（１）〜（８）のいずれか１つを満たすことを特徴とする請求項４６に記載の色収差補正用光学素子。
    １．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（１）
    １．９μｍ＜ｄ０＜２．６μｍ・・・（２）
    ２．６μｍ＜ｄ０＜３．２μｍ・・・（３）
    ３．３μｍ＜ｄ０＜４．２μｍ・・・（４）
    ４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（５）
    ４．７μｍ＜ｄ０＜５．７μｍ・・・（６）
    ５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（７）
    ６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（８）
  48. 前記色収差補正用光学素子は、前記第１光源、前記第２光源、及び前記第１波長λ１及び前記第２波長λ２とは異なる第３波長λ３の第３光束を射出する第３光源の３種類の光源と、前記３種類の光源から射出された光束を記録密度が異なる少なくとも３種類の光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズユニットとの間であって、前記第１光束乃至前記第３光束の共通光路中に配置され、前記第２波長λ２は６００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の波長であり、第３光源から射出される第３光束の第３波長λ３は７３０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内の波長であり、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ１とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ２とし、前記第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効率を有する回折光の回折次数をｎ３としたとき、前記回折次数ｎ１と前記回折次数ｎ２と前記回折次数ｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２、ｎ３）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とする請求項４４に記載の色収差補正用光学素子。
  49. 前記色収差補正用光学素子の構成レンズのうち、前記回折面を有する構成レンズの前記第1波長λ１に対する屈折率が１．５〜１．６の範囲内であって、前記回折面を有する構成レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数が５０〜６０の範囲内であると共に、前記段差のうち光軸に最も近い段差の光軸方向の深さｄ０が次式（９）乃至（１３）のいずれか１つを満たすことを特徴とする請求項４８に記載の色収差補正用光学素子。
    １．２μｍ＜ｄ０＜１．７μｍ・・・（９）
    ２．６μｍ＜ｄ０＜３．０μｍ・・・（１０）
    ４．４μｍ＜ｄ０＜５．０μｍ・・・（１１）
    ５．６μｍ＜ｄ０＜６．５μｍ・・・（１２）
    ６．９μｍ＜ｄ０＜８．１μｍ・・・（１３）
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