JP2005293777A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ピックアップ装置において、複数の波長を用いて複数の情報記録媒体に対応する場合に、特に保護基板の厚い媒体に対する互換を容易にすること。
【解決手段】二枚のレンズからなり、一方のレンズを光軸方向に移動させることにより光束の発散角を変更する発散角変更素子を光路中に配置し、保護層厚のばらつき、波長ばらつき、温度変化に伴う屈折率変化に伴う球面収差を補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置、及び光ピックアップ装置に用いられる光学素子に関するものであり、より詳しくは、複数の層を有する光ディスクへの情報の書き込みに適した光ピックアップ装置に関する。

従来から現在にかけて、ＣＤ（コンパクト・ディスク）、ＤＶＤ（ディジタル・ビデオ・ディスク、あるいはディジタル・バーサタイル・ディスク）などの光情報記録媒体（光ディスク、あるいはメディアともいう）に対して情報の再生・記録を行うための光ピックアップ装置（光ヘッド、光ヘッド装置などともいわれる）が開発・製造され、一般に普及している。

また最近では、波長４０５ｎｍ程度の光源を用いた、より高密度の情報記録を可能とした光情報記録媒体の規格についても研究開発も行われている。

そしてこのような光ピックアップ装置は、光源（主にレーザダイオードが用いられる）から出射された光束を、ビーム整形プリズム、コリメータ、ビームスプリッタ、対物光学素子等の光学素子からなる光学系を介して光ディスクの情報記録面に集光させてスポットを形成し、記録面上の情報記録孔（ピットともいう）からの反射光を、再度光学系を介して今度はセンサー上に集光させ、電気信号に変換することにより情報を再生する。この際、情報記録孔の形状によって反射光の光束も変化するため、これを利用して、「０」「１」の情報を区別する。なお、光ディスクの情報記録面の上には保護基板（プラスティック製の保護層。カバーガラス、あるいは単に基板ともいう）が設けられている。

またＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等の記録型メディアに情報の記録を行う場合、記録面上にレーザ光束によるスポットを形成し、記録面上の記録材に熱化学変化を生ぜしめる。これによってたとえばＣＤ−Ｒの場合は熱拡散性色素が不可逆変化することにより、情報記録孔と同様の形状が形成される。ＣＤ−ＲＷの場合は相変化型材料を用いているため、熱化学変化によって結晶状態と非晶質状態との間で可逆変化するので、情報の書き換えが可能である。

そしてＣＤ規格の光ディスクから情報を再生するための光ピックアップ装置は、対物レンズのＮＡが０．４５前後であり、用いられる光源の波長は７８５ｎｍ前後である。また記録用としては、０．５０程度のものが用いられることが多い。なお、ＣＤ規格の光ディスクの保護基板厚さは１．２ｍｍである。

さて光情報記録媒体としてＣＤが広く普及しているが、ここ数年、ＤＶＤが普及している。これはＣＤに比べて保護基板厚を薄くし、さらに情報記録孔を小さくすることにより、情報記録量を多くしたもので、ＣＤが約６００〜７００ＭＢ（メガバイト）程度であるのに対し、約４．７ＧＢ（ギガバイト）という大容量の記録容量を有し、映画等の動画像を記録した頒布媒体として用いられることが多い。

またＤＶＤ規格の光ディスクから情報を再生するための光ピックアップ装置は、原理的にはＣＤ用のそれと同じであるが、前述のように情報記録孔が小さくなっていること等から、対物レンズのＮＡが０．６０前後であり、用いられる光源の波長は６５５ｎｍ前後のものが用いられている。また記録用としては、０．６５程度のものが用いられることが多い。なお、ＤＶＤ規格の光ディスクの保護基板厚さは０．６ｍｍである。

またＤＶＤ規格の光ディスクについても記録型のものが既に実用化されており、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ／Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ／Ｒなどの各規格がある。これらに関する技術的原理もまた、ＣＤ規格の場合と同じである。

また波長４０５ｎｍ程度の青紫色光源を用いた大容量の光ディスクについては２種類の規格が提案されている。一方はディスクの基板厚が０．１ｍｍで、対物レンズのＮＡが０．８５程度である、Ｂｌｕ−Ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＢＤともいう）であり、他方はディスクの基板厚が０．６ｍｍで、対物レンズのＮＡが０．６５程度である、ＨＤ−ＤＶＤである。いずれも容量は単層で約２０ＧＢ（ギガバイト）程度である。これらの規格においても、信号の読み出し・記録については従来の規格と原理的には同じである。

さて、これらのような青紫色レーザ光源を用いた大容量の光ディスクと、既存のＣＤ、ＤＶＤとの互換が求められており、特に同一の対物光学素子を介して、情報の再生および／または記録が行えることが要求されている。

この場合、各メディアの基板厚差にもとづく球面収差の補正および波長差に基づく収差の補正が必要であり、従来様々な方法が提案されているが、３つのメディアの互換を行うことは容易ではない。

基本的に、ＮＡがもっとも大きいメディアを基準として対物光学素子を設計し、他のメディアに対して補正を行うようにせしめることが行なわれる。

特許文献１には、異なった保護基板厚の光ディスクに対応するために、光路差付与構造の一種である回折構造を用いることによって、保護基板厚の異なる光ディスクごとに、最適な集光スポットを形成する技術が開示されている（特許文献１参照）。

また特許文献２には、異なった保護基板厚の光ディスクに対応するために、コリメータなどを駆動することによって、対物レンズに入射する光束の倍率を変更することにより、保護基板厚の異なる光ディスクごとに、最適な集光スポットを形成する技術が開示されている（特許文献２参照）。

特開２００１−６０３３６号公報

特開平９−１７０２３号公報

一般に光ピックアップ装置においては、対物光学素子に入射する光束は、無限平行光であることがもっとも好ましく、一般には光源から出射された発散光束をコリメータレンズによって平行光とした後に、対物光学素子に入射させる構成をとっている。この場合、光路中に回折構造を有する素子を配置した場合、ケラレによる光量損失を防止することができるという利点がある。

しかし、特許文献１の技術のように、回折構造を用いて３種類の保護基板の厚さの差を解消しようとすると、異次回折光を用いることになり、回折効率が低下し、光量不足になり、集光スポット形成に問題が生じてしまう。

さらに、もっとも基板厚が厚く、かつもっともＮＡの小さいＣＤに対する補正量が大きくなるため、無限平行光を対物光学素子に入射させるとＷＤが短くなってしまうという問題がある（ＷＤ＝ワーキングディスタンス、作動距離とも云う。対物光学素子のディスク側の最突出部位と、ディスクとの間隙）。ＷＤが短いと、ディスクが対物光学素子と衝突してしまう可能性が高く、ピックアップの構造上好ましくない。

ところで、低コスト化、省スペース化のために、有限発散光を対物光学素子に入射させる構成がとられるようになってきているが、このような「有限化」は、単一のメディア（光情報記録媒体）のみについて記録／再生する場合は比較的問題が小さい。

そして特許文献２のように、対物レンズに入射する光束の倍率を変更することによって、球面収差を発生させ、基板厚差に基づく球面収差とキャンセルさせて、集光スポットを形成することも可能であり、この場合は特にＣＤを有限発散光とすることにより、ＷＤを長く確保することができる。

しかし、有限発散光が対物レンズに入射する場合、対物レンズがトラッキングすると、光束が斜入射するため、コマ収差が発生する（無限平行光の場合は発生しない）。とくに複数規格の記録／再生に対応する互換対物光学素子の場合は、基準となっている対物レンズからの補正量が大きい程、トラッキング特性が悪化するという問題がある。

また、光路中において光学素子を進退させると、波面が変化するため、場合によっては好ましくない収差が生じる事がある。そこで進退する光学素子の光学面を、収差が生じないような形状とする必要があり、光学設計上の難度が高くなってしまう。

しかしながら上記の技術には、トラッキング特性が悪化することや、その改善、さらには光路中で進退する素子によって生じる収差の低減についてはなんら示唆・開示がされていない。

そこで本願発明においては、３種類のメディアに対して、単一の光学素子で互換を達成する光学系において、もっとも基板厚の厚いメディアに対するＷＤを確保しつつ、かつトラッキング特性の悪化が生じず、収差状態が変化しない光ピックアップ装置を実現することを目的とする。

本願発明者らは検討の結果、光路中に存在する光学素子であって、入射光束の発散角度を変化させて出射する発散角度変換素子を、必要に応じて光路中に存在させたり、退避させたりすることによって、収差を変化させることなく、かつワーキングディスタンスを確保したまま複数の情報記録媒体の互換を達成できることを見出した。

このような構成によると、微細な構造を有する回折素子を必須とせずに、単一の対物光学素子のみで複数の情報記録媒体に対応することができ、ＷＤの確保および良好なトラッキング特性、さらに収差状態を実現することが可能である。

上記課題を解決するため、本発明に関する光ピックアップ装置では、波長λ１の第１光源から出射される光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行ない、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される光束を用いて保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行ない、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される光束を用いて保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う光ピックアップ装置であって、前記各光源が出射した光束を、前記各情報記録媒体の情報記録面に集光させるために、共通に用いられる対物光学素子と、前記第１ないし第３光源から前記対物光学素子に至る光路との間に配置され、入射光束の発散角を変更して出射する第１発散角変更素子と、前記第１ないし第３光源から前記対物光学素子に至る光路との間に配置され、光路上の第１位置と光路外の第２位置とに移動可能であって、前記第１位置に配置される場合、入射光束の発散角を変更して出射する第２発散角変更素子とを備え、前記第１情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合は、無限平行光の光束を対物光学素子に入射させ、前記第３情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合は、有限発散光の光束を対物光学素子に入射させ、前記対物光学素子に入射する光束の倍率が無限平行光の場合と有限発散光の場合とで、前記第２発散角変更素子が配置される位置が異なることを特徴とする。

このような構成によれば、第１情報記録媒体と第３情報記録媒体とで、第２発散角変換素子が光路上・光路外の位置を変更するので、光学的作用が変わることとなり、対物光学素子に入社する光束の発散角も変わる。したがって、これのみで基板厚の差に起因する球面収差の補正が可能になる。そして第２情報記録媒体に対しては、必要に応じて無限平行光あるいは有限発散光を入射させるようにすることができる。

本発明の具体的な態様では、前記第１情報記録媒体および前記第２情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合に、前記第２発散角変更素子が前記第１位置に配置されることを特徴とする。

本発明の別の具体的な態様では、前記第２発散角変更素子は負の屈折力を有することを特徴とする。

本発明の別の具体的な態様では、前記第１情報記録媒体および前記第２情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合に、前記第２発散角変更素子が前記第２位置に配置されることを特徴とする。

本発明の別の具体的な態様では、前記第２発散角変更素子が正の屈折力を有することを特徴とする。

本発明の別の具体的な態様では、前記第２発散角変更素子は、ビームエキスパンダーを構成する素子の１つであることを特徴とする。

とくに、ビームエキスパンダーを凸レンズ（正レンズ）と凹レンズ（負レンズ）から構成しておけば、光軸方向の距離を短くできるという利点があり、またそのいずれかを第２発散角変更素子として採用できる。

本発明の別の具体的な態様では、前記第２発散角変更素子は、カップリングレンズであることを特徴とする。

本発明の別の具体的な態様では、前記カップリングレンズはコリメートレンズであることを特徴とする。

これらのように構成しておけば、正の屈折力を有するカップリングレンズを光路内外から退避させることによって、対物光学素子に入射する光束の発散角を大きくして、第３情報記録媒体への互換を達成することができる。

本発明の別の具体的な態様では、前記光路中に存在する光学素子のうち、負の屈折力を有する光学素子を進退させて、複数の記録層を有する情報記録媒体の記録層の切り替えを行うことを特徴とする。

このようにしておけば、凹レンズを光軸方向に進退させることによって微小に発散角を変更し、２層対応の記録媒体に対して、記録層の切り替えを行うことができる。

本発明の別の具体的な態様では、前記第１発散角変更素子が光軸方向の位置切り替えを行うことを特徴とする。

このように構成すれば、よりダイナミックに、対物光学素子に入射する光束の発散角を変更することができ、３つ情報記録媒体に対する互換を達成しやすくなる。

本発明の別の具体的な態様では、前記第２発散角変更素子が前記第１素子と前記第２位置とを移動するのに応じて、前記第１発散角変更素子が光軸方向の位置切り替えを行うことを特徴とする。

このように構成すれば、さらに対物光学素子に入射する光束の発散角を多様に変更することができる。

本発明の別の具体的な態様では、前記第１情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合と、前記第２情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合とで、前記第１発散角変更素子の光軸方向の位置切り替えを行うことを特徴とする。

本発明の別の具体的な態様では、前記第１情報記録媒体および前記第２情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合と、前記第３情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合とで、前記第１発散角変更素子の光軸方向の位置切り替えを行うことを特徴とする。

本発明の別の具体的な態様では、前記第１ないし第３光源から前記対物光学素子に至る光路との間に配置され、光路上の第３位置と光路外の第４位置とに移動可能であって、前記第３位置に配置される場合、入射光束の発散角を変更して出射する第３発散角変更素子を有することを特徴とする。

こうすると、さらに対物光学素子に入射する光束の発散角を多様に変更することができるし、また補正にも好適である。

たとえば、第１発散角変更素子として、コリメータやカップリングレンズを光軸方向に進退させた場合、ピント位置が変わってしまうが、この際にダイバージェントレンズを光路上に配置することによって、その補正を行うことができる。

また同様に、コリメータやカップリングレンズなど、他の光学素子によって生じる収差（温度によるもの、使用波長の差によるもの）を補正する機能を担わせることもできる。

本発明の別の具体的な態様では、前記第２発散角変更素子と、前記第３発散角変更素子とは、排他的に光路上に位置することを特徴とする。

このように構成しておけば、たとえば、（１）第１発散角変更素子のみが光路中に存在する、（２）第２発散角変更素子のみが光路中に存在する、といった２種類の光学系を切り替え可能である。

本発明の別の具体的な態様では、前記第２発散角変更素子と、前記第３発散角変更素子とは、同時に光路上に位置するか、あるいは同時に光路上から離脱して光学系を構成する場合があることを特徴とする。

このように構成しておけば、たとえば、（１）第１発散角変更素子、第２発散角変更素子の両方とも光路中に配置される、（２）第１発散角変更素子のみが光路中に存在する、（３）第２発散角変更素子のみが光路中に存在する、といった３種類の光学系を切り替え可能である。むろん、（１）の場合は、両方とも光路中から退避する、という態様でも良いし、これを加えて４種類の光学系を切り替え可能としてもよい。

本発明の別の具体的な態様では、前記対物光学素子は、前記第１情報記録媒体に最適化されていることを特徴とする。

本発明の別の具体的な態様では、前記対物光学素子は、前記第１情報記録媒体および前記第２情報記録媒体の両方に最適化されていることを特徴とする。

このように構成すれば、第３情報記録媒体に対してのみ、発散角を変えることで互換を達成すれば良いので、ピックアップ全体の構成が簡単になる。

この場合は、使用する波長が異なることから、波長の差に基づいて光路差を付与するような構造にしておけば良い。そして光量を十分に使い、かつトラッキングよるコマ収差を低減することが必要なことから、第１情報記録媒体と、第２情報記録媒体の両方に対して、無限平行光を入射するようにしておくことが好ましい。

波長差によって光路差を付与する構造の例としては、波長選択回折素子や、光束の波長毎に異なった次数の回折光を出射する回折素子や、光束の波長毎に異なった位相差を付与する位相差付与構造素子があげられる（請求項３９、請求項４０、請求項４１）。

光路差付与構造の代表的なものは、請求項４０にあげるような鋸歯状の回折構造である。

これは光軸を中心として、同心円状に細かい段差を設けたものであり、隣り合う輪帯を通過した光束は、所定の光路差を与えられる。

そしてこの鋸歯のピッチ（回折パワー）や深さ（ブレイズド化波長）を設定することにより、たとえば第１情報記録媒体に対しては、特定のＮＡ内の第１光源からの光束が８次回折光による集光スポットとして形成され、第２情報記録媒体に対しては、同じＮＡ内の第２光源からの光束が５次回折光による集光スポットとして形成されるようになっている。しかしその外側の領域（特定のＮＡ以上の領域）からの光束については、ＤＶＤの場合は集光スポット形成に寄与するし、ＣＤの場合はフレア光となって集光スポット形成には寄与しない。

このように、特に回折次数が異なる光を利用することにより、各々の場合における回折効率を高くすることができ、光量を確保することができる。

このような回折構造は、光路差付与構造の一例であるが、他に公知の「位相差付与構造」や「波長選択回折素子（マルチレベル構造ともいう）」も採用することができる。

位相差付与構造は、輪帯位相補正対物レンズ方式が、例えば特開平１１−２７５９号や特開平１１−１６１９０号にその実施例が記載されている。

特開平１１−２７５９号に記載されているのは、上述の通り基本的な対物レンズの面形状をＤＶＤの記録再生において最適となるように設定し、ＣＤの記録再生のために位相補正方式による補正を行う場合である。つまりＤＶＤ系で波面収差が最小となるように設計された対物レンズの表面に輪帯状に段差を形成し、ＤＶＤ系での波面収差増大を抑制しつつＣＤ系での波面収差を減少させるものである。

この技術ではＤＶＤ波長に対して位相制御素子は位相分布をほとんど変化させないため、ＲＭＳ波面収差はＤＶＤ系に最適設計された対物レンズの値を維持し、ＣＤ系のＲＭＳ波面収差を低減するように作用するため、記録再生性能が波面収差に敏感なＤＶＤ系に対して有効である。

またこれとは逆に基本的な対物レンズの光学性能を、ＣＤの記録再生において最適となるように設定し、ＤＶＤの記録再生のために位相補正方式による補正を行う場合が特開平１０−３３４５０４号に記載されている。

これらは何れも、ＤＶＤの記録再生、ＣＤの記録再生共に、そのＲＭＳ（Root Mean Square）波面収差は改善されている。

輪帯位相補正対物レンズの場合、例えば特開平１１−１６１９０号には、ＣＤとＤＶＤとの中間の基板厚の光ディスクを想定して、このような光ディスクの記録再生に最適となるように基本的な対物レンズの面形状を設定し、さらに位相補正方式によりＤＶＤとＣＤの両方のＲＭＳ（Root Mean Square）波面収差補正を行う場合について記載されている。

また特開２００１−５１１９２号では、各輪帯の段差量と面形状とを変えることで、ＲＭＳ（Root Mean Square）波面収差を小さくし、光線の集光位置を一点にする技術が開示されている。

また、「波長選択回折素子（マルチレベル構造ともいう）」とは、所定の段数を有する階段状の形状を、周期的に繰り返した形状であることから、重畳型回折構造ともいう。この階段の段数や、段の高さ、幅（ピッチ）は適宜設定でき、たとえば特開平９−５４９７３号に記載されている。このような階段構造により、複数の波長に対して選択的に回折作用を生ぜしめることが可能になっている。そして他の波長に対しては回折せず、素通しとなって、光学的作用を生じない。

またここでは、光ディスクフォーマットの基盤厚差にもとづく球面収差を補正する目的で光路差付与構造が採用されているが、それだけでなく、使用温度による屈折率変化によって生じる収差の補正、使用波長の波長差や、使用波長の変動（モードホップ）に基づいて生じる収差の補正にも、もちろん使用可能である。特に波長差による収差の場合、前者の場合は５０ナノメートル以上の波長差に基づいて生じる球面色収差の補正であり、後者の場合は５ｎｍ以内の微小な波長変動を補正する。

この例では、回折構造を対物光学素子に設けた例を説明したが、コリメータやカップリングレンズなどの他の素子に設けることはもちろん可能である。

また屈折面、非球面を有する光学素子に、このような素材を用いることが、もっとも好ましい。

本発明の別の具体的な態様では、前記第１光源ないし前記第３光源が、単一のパッケージに収納された光源ユニットであることを特徴とする。

このように構成すれば、光路中に存在する素子を兼用できるので、ピックアップ全体の構成が簡単になる。

本発明によれば、複数の情報記録媒体に対して互換を達成する光ピックアップ装置において、微細な構造を有する回折素子を必ずしも必要とすることなく、また、必要に応じて光学素子を光路中に存在させたり退避させたりすることによっても収差の大幅な変化や劣化を生じることなく、ＷＤの確保および良好なトラッキング特性、さらに良好な収差状態を実現する光ピックアップ装置を得ることができる。

〔第１実施形態〕
図１は、高密度光ディスクＨＤ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１の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。図１（ａ）に高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとに情報の記録／再生を行う際の光路図を示し、図１（ｂ）にＣＤに情報の記録／再生を行う際の光路図を示す。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ２＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５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４０８ｎｍ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６５８ｎｍ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、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３の発光点ＥＰ３（第３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、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、その光学面上に重畳型回折構造が形成された収差補正素子Ｌ１と、両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成される対物光学系ＯＢＪ、ＣＤ用の開口制限素子ＡＰ、対物光学素子ＯＢＪをフォーカシング／トラッキング駆動させるための第１アクチュエータＡＣ１、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、負レンズＥ１を光軸方向に駆動させるための第２アクチュエータＡＣ２、正レンズＥ２を光軸垂直方向に駆動させるための第２アクチュエータＡＣ３（図示せず）、対物光学系ＯＢＪと開口制限素子ＡＰとを一体化するための保持部材Ｂ、とから構成されている。

次に対物光学素子ＯＢＪの構成について説明する。集光素子Ｌ２は、波長λ１と保護層の厚さｔ１とに対して球面収差補正が最適化された高密度光ディスクＨＤ専用のレンズである。収差補正素子Ｌ１のレーザモジュールＬＭ側の光学面上に形成された重畳型回折構造は、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ２の厚さｔ２との差に起因する球面収差を補正するための構造である。この重畳型回折構造は複数の輪帯から構成されており、各輪帯は階段状に５分割されている。各輪帯内の階段構造の段差Δは、Δ＝２・λ１／（Ｎ_λ１−１）を満たす高さに設定されている。ここで、Ｎλ１は波長λ１における収差補正素子Ｌ１の屈折率である。この階段構造により第１光束に付加される光路差は２λ１であるので、第１光束は重畳型回折構造により何ら作用を受けずにそのまま透過する。また、この階段構造により第３光束に付加される光路差は１λ３であるので、第３光束も重畳型回折構造により何ら作用を受けずにそのまま透過する。一方、この階段構造により第２光束に付加される光路差は約０．２λ２であり、５分割された輪帯１つ分ではちょうど１λ２の光路差が付加されることになり、１次回折光が発生する。このように、第２光束のみを選択的に回折させることにより、ｔ１とｔ２の差に起因する球面収差を補正している。

尚、重畳型回折構造は、ＤＶＤの開口数ＮＡ２内にのみ形成されているので、ＮＡ２より外側の領域を通過する第２光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上でフレア成分となり、ＤＶＤに対する開口制限が自動的に行われる構成となっている。

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、レーザモジュールＬＭ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１（ａ）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、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を透過することにより光束径が拡径され、図示しない絞り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によって第１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第１アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面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、エキスパンダーレンズＥＸＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、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。

この際、負レンズＥ１を１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動させることで、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。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、第１光源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の情報記録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。

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、第２光束が平行光束の状態でエキスパンダーレンズＥＸＰから射出されるように、負レンズＥ１と正レンズＥ２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大きくなるように第２アクチュエータＡＣ２により負レンズＥ１を移動させる。その後、レーザモジュールＬＭ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１（ａ）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、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされ、エキスパンダーレンズＥＸＰを透過することにより光束径が拡径されるとともに平行光束とされ、開口制限素子ＡＰを透過した後、対物光学系ＯＢＪによって第２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第１アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、エキスパンダーレンズＥＸＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、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。

ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う際にも高密度光ディスクＨＤの場合と同様に、負レンズＥ１を第２アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動させることで、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補正する構成としてもよい。

また、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、第３アクチュエータＡＣ３により正レンズＥ２を光路外へと移動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第３の発光点ＥＰ３を発光させる。第３の発光点ＥＰ３から射出された発散光束は、図１において二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、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされた後、負レンズＥ１を透過することにより発散光束に変換され、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制された後、対物光学系ＯＢＪによって第３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第１アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面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、負レンズＥ１を透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、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。ここで、負レンズＥ２の近軸パワーは、対物光学系ＯＢＪの倍率が、ｔ１とｔ３の厚さの差にする球面収差が補正されるような倍率に変換されるように決定されている。

尚、本実施の形態では、正レンズＥ２を光軸垂直方向に移動させる構成としたが、正レンズＥ２を所定の支点を中心として光軸垂直な面内で回転させることにより、光路外へと移動させる構成としてもよい。

次に、上述した光ピックアップ装置ＰＵ１のエキスパンダーレンズと対物光学系ＯＢＪとから構成される光学系を説明する。

本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１に表１中の非球面係数Ａ_２ｉを代入した数式で表される。但し、κを円錐係数とする。

また、本実施例における重畳型回折構造は、透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、λを入射光束の波長、λ_Ｂを製造波長、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、B_2jを光路差関数係数、ｎを回折次数とするとき次の数２で定義される光路差関数φ_ｂ（ｍｍ）で表される。

表１において、ＮＡ１、ｆ１、λ１、ｔ１は、それぞれ、高密度光ディスクＨＤ使用時の対物光学系ＯＢＪの開口数、対物光学系ＯＢＪの焦点距離、対物光学系ＯＢＪの波長、対物光学系ＯＢＪの倍率、保護層の厚さであり、ＮＡ２、ｆ２、λ２、ｔ２は、ＤＶＤ使用時の同様の値であり、ＮＡ３、ｆ３、λ３、ｔ３は、ＣＤ使用時の同様の値である。

また、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ１（ｍｍ）、ｄ２（ｍｍ）、ｄ３（ｍｍ）は、それぞれ、高密度光ディスクＨＤ使用時、ＤＶＤ使用時、ＣＤ使用時のレンズ間隔、Ｎλ１、Ｎλ２、Ｎλ３は、それぞれ、波長λ１、波長λ２、波長λ３に対するレンズの屈折率、νｄはｄ線のレンズのアッベ数である。

また、ｎ１、ｎ２、ｎ３は、それぞれ、重畳型回折構造で発生する第１光束、第２光束、第３光束の回折光の回折次数である。
〔実施例１〕
第１実施形態の光学系は、ともにプラスティックレンズである負レンズと正レンズとから構成されたエキスパンダーレンズと、ともにプラスティックレンズである収差補正素子と集光素子とから構成された対物光学系とから構成される光学系である。その具体的な数値データを表１に示す。

対物光学系は、収差補正素子の光源側の光学面（表１において第５面）に形成した重畳型回折構造の作用により、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正したＨＤ／ＤＶＤ互換レンズである。尚、集光素子は、高密度光ディスクＨＤに対して球面収差補正が最適化されたレンズである。

この重畳型回折構造は複数の輪帯から構成されており、各輪帯は階段状に５分割されている。各輪帯内の階段構造の段差Δは、Δ＝２・λ１／（Ｎ_λ１−１）を満たす高さに設定されている。ここで、Ｎλ１は波長λ１における収差補正素子Ｌ１の屈折率である。この階段構造により第１光束に付加される光路差は２λ１であるので、第１光束は重畳型回折構造により何ら作用を受けずにそのまま透過する。また、この階段構造により第３光束に付加される光路差は１λ３であるので、第３光束も重畳型回折構造により何ら作用を受けずにそのまま透過する。一方、この階段構造により第２光束に付加される光路差は約０．２λ２であり、５分割された輪帯１つ分ではちょうど１λ２の光路差が付加されることになり、１次回折光が発生する。このように、第２光束のみを選択的に回折させることにより、ｔ１とｔ２の差に起因する球面収差を補正している。

尚、重畳型回折構造で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の１次回折光の回折効率は８７％、第３光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％であり、何れの光束に対しても高い回折効率を得ている。

また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、エキスパンダーレンズの正レンズを光路中からはずし、さらに負レンズを対物光学系に近づく方向に１ｍｍ動かすことにより、対物光学系の倍率が、高密度光ディスクＨＤとＣＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差が補正されるような倍率となるようにしてから、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う。

また、入射光束の波長が変わると、色収差の影響で、エキスパンダーレンズから射出される光束の発散度が変化する。そこで、ＤＶＤに対する記録／再生時には、エキスパンダーレンズから射出される第２光束が平行光束となるように、負レンズと正レンズとの間隔が高密度光ディスクＨＤの場合よりも広くなるように負レンズを動かしている。
〔第２実施形態〕
図２は、高密度光ディスクＨＤ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図である。図２（ａ）に高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとに情報の記録／再生を行う際の光路図を示し、図２（ｂ）にＣＤに情報の記録／再生を行う際の光路図を示す。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ２＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５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ＰＵ２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４０８ｎｍ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６５８ｎｍ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、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３の発光点ＥＰ３（第３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、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、その光学面上に重畳型回折構造が形成された収差補正素子Ｌ１と、両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成される対物光学系ＯＢＪ、ＣＤ用の開口制限素子ＡＰ、対物光学素子ＯＢＪをフォーカシング／トラッキング駆動させるための第１アクチュエータＡＣ１、第１負レンズＥ１と正レンズＥ２とから構成されるコリメートレンズＣＯＬ、正レンズＥ２と切り替わる形で第３光束の光路中に挿入される第２負レンズＥ３、正レンズＥ２と第２負レンズＥ３とを切り替えて光路中に挿入させるための回転駆動装置（図示せず）、負レンズＥ１を光軸方向に駆動させるための第２アクチュエータＡＣ２、対物光学系ＯＢＪと開口制限素子ＡＰとを一体化するための保持部材Ｂ、とから構成されている。

対物光学素子ＯＢＪの構成や機能については、上述した第１の実施の形態における対物光学系ＯＢＪと同様であるのでここでは詳細な説明は割愛する。

光ピックアップ装置ＰＵ２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、レーザモジュールＬＭ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２（ａ）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、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされ、図示しない絞り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によって第１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第１アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面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を透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、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。

この際、第１レンズＥ１を１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動させることで、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。第１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、第１光源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の情報記録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。

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、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、第１負レンズＥ１と正レンズＥ２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大きくなるように第２アクチュエータＡＣ２により第１負レンズＥ１を移動させる。その後、レーザモジュールＬＭ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２（ａ）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、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされ、開口制限素子ＡＰを透過した後、対物光学系ＯＢＪによって第２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第１アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、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。

ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う際にも高密度光ディスクＨＤの場合と同様に、第１負レンズＥ２を第２アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動させることで、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補正する構成としてもよい。

また、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、回転駆動装置により、正レンズＥ２と第２負レンズＥ２が搭載された保持部材（図示せず）を所定の支点を中心として光軸垂直な面内で回転させることにより、第２負レンズＥ２を光路中に挿入させた後、対物光学系ＯＢＪの倍率が、ｔ１とｔ３の厚さの差にする球面収差が補正されるような倍率に変換されるように第１負レンズＥ１を第２アクチュエータＡＣ２により光軸方向に移動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第３の発光点ＥＰ３を発光させる。第３の発光点ＥＰ３から射出された発散光束は、図２において二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、第１負レンズＥ１及び第２負レンズＥ２を透過することにより発散光束に変換され、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制された後、対物光学系ＯＢＪによって第３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第１アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面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、第２負レンズＥ２、第１負レンズＥ１を透過した後、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。
〔第３実施形態〕
図３（ａ），（ｂ）は、高密度光ディスクＨＤ（第１光ディスク）とＤＶＤ（第２光ディスク）とＣＤ（第３光ディスク）との何れに対しても、簡略な構成で適切に情報の記録／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図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、第１波長λ１＝４０８ｎｍ、第１保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２波長λ２＝６５８ｎｍ、第２保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、第３波長λ３＝７８５ｎｍ、第３保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５である。

第１光ディスク〜第３光ディスクの記録密度（ρ１〜ρ３）は、ρ３＜ρ２＜ρ１となっており、第１光ディスク〜第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の、対物光学系ＯＢＪの倍率（第１倍率Ｍ１〜第３倍率Ｍ３）は、Ｍ１＝Ｍ２＝０、Ｍ３≠０となっている。但し、波長、保護層の厚さ、開口数、記録密度及び倍率の組合せはこれに限られない。

本実施形態の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４０８ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１の発光点ＬＤ１（第１光源）と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２の発光点ＬＤ２（第２光源）と、７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する発光点ＬＤ３（第３光源）と、からなる３つの異なる波長の光源が同一パッケージ内で一体化された３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐと、光検出器ＰＤと、その光学面上に位相構造としての回折構造が形成されている収差補正素子Ｌ１とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を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素子Ｌ２とから構成された対物光学系ＯＢＪ、２軸アクチュエータＡＣ１、１軸アクチュエータＡＣ２、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１に対応した絞りＳＴＯ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、コリメートレンズＣＯＬ（可動素子）、センサ用レンズＳＬ、１／４波長板ＱＷＰ、前記対物光学系ＯＢＪと前記コリメートレンズＣＯＬの間の光路中に挿脱可能となっているリレーレンズＲＬ、とから構成されている。

図示しないが、例えば、前記対物光学系ＯＢＪと絞りＳＴＯの間に配置され、アクチュエータＡＣ２や別体のアクチュエータにより前記前記対物光学系ＯＢＪと一体又は相対的に駆動可能な、ＤＶＤの開口数ＮＡ２やＣＤの開口数ＮＡ３に対応するための開口制限素子ＡＰ、前記対物光学系ＯＢＪと前記コリメートレンズＣＯＬの間に配置され、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、等により発生する球面収差の補正をその位置調整により行なう等の機能を持つ収差補正手段ＥＸＰ（ビームエキスパンダー）、前記３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐと前記コリメートレンズＣＯＬの間に配置され、光源からの楕円光束を円形又は略円形の光束に変換するためのビーム整形素子ＳＨ、を用いるとより高性能な光ピックアップ装置となるので望ましい。

また図３（ｃ）に示すように、前記３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐにおいては、光学系の設計上最も厳しい精度が要求される第１光源のＬＤ１が光ピックアップ装置ＰＵ１の光軸上に配置されていることが望ましいが、第２光源ＬＤ２や第３光源ＬＤ３を光軸上に配置しても良く、或いは全ての光源を軸外で望ましい位置にバランスさせて配置しても良い。更に本実施形態では、光検出器ＰＤを前記３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐと別に設けているが、これを前記３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐ内部や前記３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐの近傍に設けることもでき、それにより偏光ビームスプリッタＰＢＳを省略することも可能となるので、更なる装置の簡略化や低コスト化が達成可能となり、望ましい。

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、３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐを作動させて第1光源ＬＤ１の発光点ＥＰ１を発光させる。ここで、３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐを作動させて第1光源ＬＤ１の発光点ＥＰ１を発光させた後、コリメートレンズＣＯＬを移動させながらその最適位置を探索しても良い。第1の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図３（ａ）において実線でその光線経路を描いたように、偏光ビームスプリッタＰＢＳ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、１／４波長板ＱＷＰを介して光源からの直線偏光光束を円偏光光束に変換され、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物光学系ＯＢＪによって第１保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＳ１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ＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＳ１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を透過し、１／４波長板ＱＷＰを介して円偏光光束を光源からの直線偏光と９０°回転した方向の直線光束に変換され、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する。ここで、偏光ビームスプリッタＰＢＳは、例えば、２つの直角プリズムが貼り合わされており、その貼り合せ面を光ピックアップ装置ＰＵ１の光軸と４５°傾けた構成とし、前記貼り合せ面にはＳ偏光とＰ偏光のうちどちらか一方の偏光（３Ｌ１Ｐからの直線偏光光束の偏光方向と同じ方向）を透過し、他方の偏光（３Ｌ１Ｐからの直線偏光光束の偏光方向と垂直な方向）を反射するコーティングがなされている。これにより、前記コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束となった光束は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ内部で反射され、センサレンズＳＬを介して光検出器ＰＤに集光する。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、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、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、対物光学系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、対物光学系ＯＢＪと３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐを作動させて第２光源ＬＤ２の発光点ＥＰ２を発光させる。またここでは、３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐを作動させて第２光源ＬＤ２の発光点ＥＰ２を発光させた後に最適位置を探索しながらコリメートレンズＣＯＬを移動させる手順でも構わない。第２の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図３（ａ）には図示していないが、偏光ビームスプリッタＰＢＳ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、１／４波長板ＱＷＰを介して光源からの直線偏光光束を円偏光光束に変換され、対物光学系ＯＢＪによって第２保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＳ２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ＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＳ２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を透過し、１／４波長板ＱＷＰを介して円偏光光束を光源からの直線偏光と９０°回転した方向の直線光束に変換され、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ内部で反射され、センサレンズＳＬを介して光検出器ＰＤに集光する。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３（ｂ）に示すように、ＰＵ１の光路中、対物光学系ＯＢＪとコリメートレンズＣＯＬの間にリレーレンズＲＬを挿入する。リレーレンズＲＬは、正の屈折力を持つ少なくとも１枚のレンズで構成され、非球面レンズで構成されても良い。また、ピックアップ装置ＰＵ１は少なくとも前記リレーレンズＲＬを光路中に挿脱可能とするための、レンズ駆動手段（図示せず）ＡＣ３を備えている。このようなレンズ駆動手段ＡＣ３は、例えば軸駆動のアクチュエータであったり、カムやヘリコイドを用いた駆動であっても構わない。

更に、リレーレンズＲＬを挿入した際の位置は、望ましくは対物光学系ＯＢＪの光路中で、前記対物光学系ＯＢＪの光軸とリレーレンズＲＬの光軸を一致させた状態で用いるのが良い。リレーレンズＲＬを退避させた位置は、リレーレンズＲＬが前記対物光学系ＯＢＪに入射する光束を遮断しないようなレンズ位置で用いるのが良い。これら２つの位置について、リレーレンズＲＬを挿入した時とリレーレンズＲＬを退避させた時でそれぞれの位置にリレーレンズＲＬを停止させて用いても良いし、リレーレンズＲＬを挿入した際には、対物光学系ＯＢＪのトラッキングシフトを補正するために、リレーレンズＲＬが対物光学系ＯＢＪの光軸に対して垂直移動したり、前記光軸に対して傾いた状態に移動したりしても良い。

図３（ｂ）において、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、第３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、対物光学系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やＤＶＤ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、リレーレンズを挿入して対物光学系ＯＢＪと３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐを作動させて第３光源ＬＤ３の発光点ＥＰ３を発光させる。またここでは、３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐを作動させて第３光源ＬＤ３の発光点ＥＰ３を発光させた後に最適位置を探索しながらコリメートレンズＣＯＬを移動させる手順でも構わない。第３の発光点ＥＰ３から射出された発散光束は、図３（ｂ）において実線でその光線経路を描いたように、偏光ビームスプリッタＰＢＳ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、挿入されたリレーレンズＲＬに入射する。 ここでリレーレンズＲＬは、平行光束を、対物光学系ＯＢＪをＣＤに対して使用する際に望ましい（主に球面収差が補正される）結像倍率Ｍ３（Ｍ３≠０）となるよう、対物光学系ＯＢＪの物点位置を変換し、一旦光束を結像させて対物光学系ＯＢＪに発散光束が入射するように働く。またここで、１／４波長板ＱＷＰはリレーレンズＲＬと対物光学系ＯＢＪの間に配置され、光源からの直線偏光光束を円偏光光束に変換するが、これはコリメートレンズＣＯＬとリレーレンズＲＬの間に配置されても構わない。

前記リレーレンズを透過した光束は、発散光束として対物光学系ＯＢＪに入射し、対物光学系ＯＢＪによって第３保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＳ３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ＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＳ３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を透過した後、１／４波長板ＱＷＰを介して円偏光光束を光源からの直線偏光と９０°回転した方向の直線光束に変換され、リレーレンズＲＬで平行光束となり、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ内部で反射され、センサレンズＳＬを介して光検出器ＰＤに集光する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。

次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。

対物光学系ＯＢＪは、１つの光学系で複数種類の光ディスクに対応するため、光学系内のいずれかの光学面に位相構造を持つ。

上述の位相構造は、回折構造、光路差付与構造の何れであっても良い。回折構造としては、図４に模式的に示すように、複数の輪帯１００から構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であるものや、図５に模式的に示すように、段差１０１の方向が有効径内で同一である複数の輪帯１０２から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものや、図６に模式的に示すように、内部に階段構造が形成された複数の輪帯１０３から構成されるものや、図７に模式的に示すように、段差１０４の方向が有効径途中で入れ替わる複数の輪帯１０５から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものがある。また、光路差付与構造としては、図７に模式的に示すように、段差１０４の方向が有効径途中で入れ替わる複数の輪帯１０５から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものがある。従って、図７に模式的に示した構造は、回折構造である場合もあるし、光路差付与構造である場合もある。尚、図４乃至図７は、各位相構造を平面上に形成した場合を模式的に示したものであるが、各位相構造を球面或いは非球面上に形成しても良い。

本実施形態においては、対物光学系ＯＢＪは、収差補正素子Ｌ１と、集光レンズＬ２との、２群構成レンズからなっている。

収差補正素子Ｌ１は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスティックレンズであり、λ１に対する屈折率は１．５２４２、λ２に対する屈折率は１．５０６４、λ３に対する屈折率は１．５０５０である。また、集光素子Ｌ２は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５４３５であり、アッベ数νｄが５６．３のプラスティックレンズである。また、それぞれの光学機能部（第１光束が通過する、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の領域）の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有し、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を接合することで一体化されている。

尚、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２とを一体化する場合には、別部材の鏡枠を介して両者を一体化してもよい。

収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学面Ｓ１は、図８に示すように、ＮＡ２内の領域に対応する光軸を含む第１領域ＡＲＥＡ１と、ＮＡ２からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２とに分割されており、第１領域ＡＲＥＡ１には、図６（ａ）、（ｂ）に示したような、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回折構造（以下、この回折構造を「回折構造ＨＯＥ」という。）である回折構造ＨＯＥが形成されている。

第１領域ＡＲＥＡ１に形成された回折構造ＨＯＥにおいて、各輪帯内に形成された階段構造の深さＤは、
Ｄ・（Ｎ１−１）／λ１＝２・ｑ （３）
で算出される値に設定され、各輪帯内の分割数Ｐは５に設定されている。但し、λ１は第１の発光点ＥＰ１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＝０．４０８μｍ）、Ｎ１は波長λ１に対する収差補正素子Ｌ１の媒質屈折率、ｑは自然数である。

光軸方向の深さＤがこのように設定された階段構造に対して、第１波長λ１の第１光束が入射した場合、隣接する階段構造間では２×λ１（μｍ）の光路差が発生し、第１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（本明細書においては「０次回折光」という。）。

また、この階段構造に対して、第３波長λ３（ここでは、λ３＝０．７８５μｍ）の第３光束が入射した場合、隣接する階段構造間では（２×λ１／（Ｎ１−１）・（Ｎ３−１）／λ３）×λ３（μｍ）の光路差が発生する。但し、Ｎ３は波長λ３に対する収差補正素子Ｌ１の媒質屈折率である。第３波長λ３は（Ｎ３−１）／λ３が（Ｎ１−１）／λ１の略２倍であるので、隣接する階段構造間では略１×λ３（μｍ）の光路差が発生し、第３光束も第１光束と同様に、実質的に位相差が与えられないので回折されずに０次回折光として透過する。

一方、この階段構造に対して、第２波長λ２（ここでは、λ２＝０．６５８μｍ）の第２光束が入射した場合、隣接する階段構造間では｛２×λ１／（Ｎ１−１）×（Ｎ２−１）／λ２｝×λ２＝｛２×０．４０８／（１．５２４２−１）×（１．５０６４−１）／０．６５８｝×λ２＝１．１９９・λ２（μｍ）の光路差が発生する。各輪帯内の分割数Ｐは５に設定されているため、隣接する輪帯同士で第２波長λ２の１波長分の光路差が生じることになり（（１．１９９−１）×５≒１）、第２光束は＋１次の方向に回折する（＋１次回折光）。このときの第２光束の＋１次回折光の回折効率は、８７．５％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。

集光素子Ｌ２は、第１波長λ１と倍率Ｍ１＝０と第１保護層ＰＬ１との組合せに対して球面収差が最小となるように設計されている。そのため、本実施の形態のように、第１光束に対する第１倍率Ｍ１と、第２光束に対する第２倍率Ｍ２とを同じ０とする場合、第１保護層ＰＬ１と、第２保護層ＰＬ２の厚さの違いにより、集光素子Ｌ２と第２保護層ＰＬ２とを透過した第２光束の球面収差は補正過剰方向となってしまう。

収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学面Ｓ１設けられた回折構造ＨＯＥの各輪帯の幅は、第２光束が入射した場合に、回折作用により＋１次回折光に対して補正不足方向の球面収差が付加されるように設定されている。回折構造ＨＯＥによる球面収差の付加量と、第１保護層ＰＬ１と第２保護層ＰＬ２の厚みの差により発生する補正過剰方向の球面収差とが互いに相殺することで、回折構造ＨＯＥと第２保護層ＰＬ２とを透過した第２光束はＤＶＤの情報記録面ＲＳ２上で良好なスポットを形成する。

また本実施例では収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学面Ｓ１を回折構造ＨＯＥとしたが、少なくとも１つの位相構造を収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２や集光素子Ｌ２に設けてもよく、収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側光学面Ｓ１の第２領域ＡＲＥＡ２、及び／又は、光ディスク側光学面Ｓ２の第３領域ＡＲＥＡ３及び／又は第４領域ＡＲＥＡ４、及び／又は集光レンズＬ２には、図４（ａ）、（ｂ）に示すような光軸を含む断面形状が鋸歯形状の複数の輪帯から構成された回折構造（以下、この回折構造を「回折構造ＤＯＥ」という。）である回折構造ＤＯＥが形成されていても良い。

回折構造ＤＯＥは、集光素子Ｌ２をプラスティックレンズで構成した場合に特に問題となる、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの色収差と、温度変化に伴う球面収差変化、を抑制するための構造である。

回折構造ＤＯＥにおいて、光軸に最も近い段差の高さｄ１は、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍに対して所望次数の回折光の回折効率が１００％となるように設計されている。このように段差の深さが設定された回折構造ＤＯＥに対して、第１光束が入射すると、回折光が９５％以上の回折効率で発生し、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補正も可能となる。例えば波長３９０ｎｍ（収差補正素子Ｌ１の、波長３９０ｎｍに対する屈折率は１．５２７３である）に対して所望次数の回折光の回折効率が１００％となるように設計されている。このように段差の深さが設定された回折構造ＤＯＥに対して、第１光束が入射すると、＋２次回折光が９６．８％の回折効率で発生し、第２光束が入射すると、＋１次回折光が９３．９％の回折効率で発生するので、何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、第２光束の波長領域における色収差補正が過剰になりすぎない。ここで、第１光束と第２光束に対して回折効率を振り分けるようにしたが、第１波長λ１に対して最適化することで、第１光束の回折効率を重視した構成としても良い。

本実施形態における対物光学系ＯＢＪでは、こういった回折構造ＤＯＥを設けていない。これら回折構造ＤＯＥは前述第２領域ＡＲＥＡ２、Ｓ２以外に集光素子Ｌ２の光学面上に設けても良い。その際の回折構造ＤＯＥは、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２全域を１つの領域として１つの回折構造ＤＯＥとしても構わないし、前記収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２を、図８（ｃ）に示すような光軸を中心とする同心円状の２つの領域（ＡＲＥＡ３とＡＲＥＡ４）又は場合によっては３つの領域として、それぞれの領域で異なる回折構造ＤＯＥを設ける構成としても構わない。また集光素子Ｌ２で回折構造ＤＯＥを設けた光学面全域を１つの領域として１つの回折構造ＤＯＥとしても構わないし、前記集光素子Ｌ２で回折構造ＤＯＥを設けた光学面を、光軸を中心とする同心円状の２又は３つの領域として、それぞれの領域で異なる回折構造ＤＯＥを設ける構成としても構わない。これら際のそれぞれの領域における回折効率は、第１光束及至第３光束が共通に透過する領域では第１光束及至第３光束に対して回折効率を振り分けるようにすれば良い（例えば段差の高さを、波長３９０ｎｍ（収差補正素子Ｌ１の、波長３９０ｎｍに対する屈折率は１．５２７３である）に対して回折効率が１００％となるように設計すれば、第１光束が入射すると、＋２次回折光が９６．８％の回折効率で発生し、第２光束が入射すると、＋１次回折光が９３．９％の回折効率で発生し、第３光束が入射すると、＋１次回折光が９９．２％の回折効率で発生する、という回折効率の振り分けが可能である。）し、第１光束と第２光束が共通に透過する領域では第１光束と第２光束に対して回折効率を振り分けるようにすれば良い。また第１波長λ１に対して最適化することで、第１光束の回折効率を重視した構成としても良い。

さらに、回折構造ＤＯＥは、青紫色領域において、入射光束の波長が長くなった場合に、球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなった場合に、球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有する。これにより、環境温度変化に伴い集光素子で発生する球面収差変化を相殺することで、高ＮＡのプラスティックレンズである対物光学系ＯＢＪの使用可能な温度範囲を広げている。

本実施の形態の対物光学系では、半導体レーザ光源側の光学面Ｓ１に回折構造ＨＯＥを配置した収差補正素子Ｌ１と、非球面の集光レンズＬ２との２群構成としたが、これらの位相構造を持つ単玉レンズで構成しても良く、対物光学系を１枚で構成できれば、装置の簡素化や低コスト化に有利で望ましい。

また、コリメートレンズＣＯＬは、前記第１光束及至第３光束の共通光路内に配置されており、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、第３波長λ３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ＲＳ１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ＲＳ２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。
本実施形態に用いるリレーレンズＲＬの数値例を、以下の〔表４〕〜〔表６〕に示す。

〔表４〕〜〔表６〕は、本実施形態に用いる対物光学系をＣＤ使用時の状態としてリレーレンズの１実施形態を組み合わせた場合の数値例である。

〔表４〕〜〔表６〕に示すように、本実施形態に用いるリレーレンズＲＬは、非球面のプラスティック単レンズであってもよく、他には複数のレンズで構成したり、対物光学系ＯＢＪの色収差が大きく問題が生じる場合は回折構造等の位相構造を設けたりしても良い。しかし、装置の簡素化や低コスト化を考慮すると、非球面単レンズで構成するほうが駆動手段を含めてそれらに望ましい構成とできるので望ましい。

また、本実施の形態では、ＮＡ３に対応した開口制限行うための開口素子として、接合部材Ｂを介して対物光学系ＯＢＪと一体化された開口制限素子ＡＰを備えても良い。そして、２軸アクチュエータＡＣ１により、開口制限素子ＡＰと対物光学系ＯＢＪとを一体にトラッキング駆動させるようにすれば、トラッキング時の性能を良好に維持することが可能となり望ましい。

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。また、ＮＡ２について開口制限を行う場合には、ＮＡ２内の領域では少なくとも第１波長λ１乃び第２波長λ２を透過させ、ＮＡ２からＮＡ１の領域では少なくとも第２波長λ２を遮断し、第１波長λ１を透過する透過率の波長選択性を有している波長選択フィルタを用いればよい。更に、１枚の波長選択フィルタでＮＡ２及びＮＡ３の開口制限機能を持たせるためには、例えばフィルタを光軸を中心とする同心円状の３つの領域に分割し、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ＮＡ２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、ＮＡ２からＮＡ１の領域では第２波長λ２と第３波長λ３を遮断し、第１波長λ１を透過する透過率の波長選択性を有している波長選択フィルタとすればよい。

なお、収差補正素子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、集光素子Ｌ２の光学機能面上に形成してもよい。

また、回折構造ＨＯＥはＮＡ２内に対応する第１領域ＡＲＥＡ１内に形成されているので、第２領域ＡＲＥＡ２を通過する第２光束はＤＶＤの情報記録面上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、対物光学系ＯＢＪがＮＡ２に対する開口制限機能を有しているのと透過であり、この機能によりＮＡ２に対応した開口制限が行われる。

また、開口の制限方法としては、波長選択フィルタＷＦを利用する方法だけでなく、機械的に絞りを切り替える方式や後述する液晶位相制御素子ＬＣＤを利用する方式でも良い。

また、前記対物光学系ＯＢＪと前記コリメートレンズＣＯＬの間に配置され、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、等により発生する球面収差の補正をその位置調整により行なう等の機能を持つ収差補正手段ＥＸＰ（ビームエキスパンダー）を用いても良い。

収差補正手段ＥＸＰは、例えば、少なくとも１枚の負レンズを持つ負レンズ群と、少なくとも１枚の正レンズを持つ正レンズ群、の２つのレンズ群からなるビームエキスパンダーである。前記２つのレンズ群の少なくとも一方を例えば光軸と平行な方向に移動可能とすることで、上述した要因で発生する球面収差の補正が可能となる。また、収差補正手段ＥＸＰを用いると、コリメートレンズＣＯＬを移動なしに用いることも可能となり、その際は、高密度光ディスクＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤ、の各ディスクに対応した光源波長の違いに対してコリメートレンズＣＯＬが持つ色収差を補正するよう収差補正手段ＥＸＰを移動させれば良い。

また、収差補正手段ＥＸＰには、対物光学系ＯＢＪが持つ色収差を補正するための手段を設けても良く、そのような手段としては、例えば収差補正手段ＥＸＰのいずれかの光学面に色収差補正のための位相構造を設けたり、収差補正手段ＥＸＰを構成するレンズの分散関係を最適なものとしたり、いずれかのレンズ群中に少なくとも１枚の負レンズと少なくとも１枚の正レンズを貼り合せた構成の接合レンズを用いたりする構成がある。

また、ビーム整形素子ＳＨを用いることも可能で、ビーム整形素子ＳＨは、半導体レーザからの楕円光束を円形、又は略円形形状の光束に変換するための素子であり、ビーム整形素子ＳＨを用いることで、半導体レーザからの光の光利用効率を向上させることが出来、ピックアップの高性能化が達成される。

このようなビーム整形素子ＳＨは、例えば１方向のみに曲率を持つシリンドリカル面形状の単玉レンズで構成されたり、２つの直行する方向について曲率半径の異なるアナモフィック面で構成したものであったりする。

本実施例において用いている構成のように、３波長一体化レーザの光路中にビーム整形素子ＳＨを配置した場合には、３つのレーザ発光点とビーム整形素子ＳＨの位置関係が、例えばシリンドリカル面で構成されるビーム整形素子については、ビーム整形素子の面が曲率を持たない方向と、前記３つのレーザ発光点の並び方向を一致さることが望ましく、例えばアナモフィック面で構成させるビーム整形素子については、ビーム整形素子の面が曲率の大きくなる方向と、前記３つのレーザ発光点の並び方向を一致させることが望ましい。ビーム整形素子ＳＨと３つのレーザ発光点の位置関係を上述のようにすることで、ビーム整形素子による収差の影響をなくす、又は低減することが可能となる。

しかし、レーザ発光点の並びと、半導体レーザの楕円光束長軸方向の向きの関係によっては上記の限りではなく、ビーム整形素子ＳＨでビーム整形する方向と半導体レーザ楕円光束の向きを所望のものとして複数光源に対応なければならない。
〔第４実施形態〕
ここでは、第３情報記録媒体であるＣＤに対してのみ、対物光学素子への入射光束を発散させて、互換を行う。

ここで用いる対物光学素子は、第１情報記録媒体であるＢＤ、第２情報記録媒体であるＤＶＤに対しては、波長差に基づいて異なった回折光を出射するＤＯＥを設けている。

上述の通り、ＢＤ（λ=408nm・ＮＡ0.85・T=0.0875mm）で収差補正した対物レンズでＣＤ（λ=785nm・NA0.48・T=1.2mm）で球面収差を補正するにはある有限倍率Ｍの発散光を対物レンズに入射させる必要がある。さらに、ＢＤで正弦条件を満たしている場合はＣＤ側のトラッキング特性が悪い問題がある。

そこで、ＣＤ側の有限倍率ｍを以下の条件（１）にしてＣＤ側で球面収差を補正する波面（オーバー）を発生させる光学素子を用いることでトラッキング時に発生するコマ収差を軽減させることが出来る。

球面収差を補正する波面を発生させる方法としてＣＤ使用時のみ光学素子を光路中に挿入する。
条件（１） １．２Ｍ ＜ ｍ ＜ Ｍ
但し、Ｍ＜０
これにより、ｍが下限より大きいことで補正無しの場合よりも劣化することを抑制でき、上限より小さいことで補正無しの場合よりも良好にできる。

以下表７に、光路中に挿入するレンズのデータを示す。

第１実施形態に関わる光ピックアップの模式図である。 第２実施形態に関わる光ピックアップの模式図である。 第３実施形態に関わる光ピックアップの模式図である。 第３実施形態に関わる回折素子の模式図である。 第３実施形態に関わる回折素子の模式図である。 第３実施形態に関わる回折素子の模式図である。 第３実施形態に関わる回折素子の模式図である。 第３実施形態に関わる収差補正素子の模式図である。

符号の説明

ＰＵ…ピックアップ装置、 ＬＭ…光源モジュール、 ＣＯＬ…コリメータ（コリメートレンズ）、 Ｅ１…エキスパンダーレンズ（負）、 Ｅ２…エキスパンダーレンズ（正）、 ＡＣ１…アクチュエータ、 ＡＣ２…アクチュエータ、 Ｂ… 保持部材 、ＯＢＪ…対物光学素子、 ＡＰ…開口制限素子、 ３ＬＰ１Ｐ…３レーザ１パッケージ、 ＰＢＳ…偏光ビームスプリッタ、 ＲＬ…リレーレンズ、 ＳＬ…センサ用レンズ、 ＱＷＰ…１／４波長板、 ＳＴＯ…絞り、 Ｌ１…収差補正素子、 Ｌ２…集光素子

Claims (19)

1. 波長λ１の第１光源から出射される光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行ない、
   波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される光束を用いて保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行ない、
   波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される光束を用いて保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う光ピックアップ装置であって、
   前記各光源が出射した光束を、前記各情報記録媒体の情報記録面に集光させるために、共通に用いられる対物光学素子と、
   前記第１ないし第３光源から前記対物光学素子に至る光路との間に配置され、入射光束の発散角を変更して出射する第１発散角変更素子と、
   前記第１ないし第３光源から前記対物光学素子に至る光路との間に配置され、光路上の第１位置と光路外の第２位置とに移動可能であって、前記第１位置に配置される場合、入射光束の発散角を変更して出射する第２発散角変更素子とを備え、
   前記第１情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合は、無限平行光の光束を対物光学素子に入射させ、
   前記第３情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合は、有限発散光の光束を対物光学素子に入射させ、
   前記対物光学素子に入射する光束の倍率が無限平行光の場合と有限発散光の場合とで、前記第２発散角変更素子が配置される位置が異なることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記第１情報記録媒体および前記第２情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合に、前記第２発散角変更素子が前記第１位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
3. 前記第２発散角変更素子は負の屈折力を有することを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
4. 前記第１情報記録媒体および前記第２情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合に、前記第２発散角変更素子が前記第２位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
5. 前記第２発散角変更素子が正の屈折力を有することを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ装置。
6. 前記第２発散角変更素子は、ビームエキスパンダーを構成する素子の１つであることを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
7. 前記第２発散角変更素子は、カップリングレンズであることを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
8. 前記カップリングレンズはコリメートレンズであることを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ装置。
9. 前記光路中に存在する光学素子のうち、負の屈折力を有する光学素子を進退させて、複数の記録層を有する情報記録媒体の記録層の切り替えを行うことを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ装置。
10. 前記第１発散角変更素子が光軸方向の位置切り替えを行うことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
11. 前記第２発散角変更素子が前記第１素子と前記第２位置とを移動するのに応じて、前記第１発散角変更素子が光軸方向の位置切り替えを行うことを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
12. 前記第１情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合と、前記第２情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合とで、前記第１発散角変更素子の光軸方向の位置切り替えを行うことを特徴とする請求項１０又は１１記載の光ピックアップ装置。
13. 前記第１情報記録媒体および前記第２情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合と、前記第３情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う場合とで、前記第１発散角変更素子の光軸方向の位置切り替えを行うことを特徴とする請求項１０又は１１記載の光ピックアップ装置。
14. 前記第１ないし第３光源から前記対物光学素子に至る光路との間に配置され、光路上の第３位置と光路外の第４位置とに移動可能であって、前記第３位置に配置される場合、入射光束の発散角を変更して出射する第３発散角変更素子を有することを特徴とする請求項１ないし１３の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
15. 前記第２発散角変更素子と、前記第３発散角変更素子とは、排他的に光路上に位置することを特徴とする請求項１４記載の光ピックアップ装置。
16. 前記第２発散角変更素子と、前記第３発散角変更素子とは、同時に光路上に位置するか、あるいは同時に光路上から離脱して光学系を構成する場合があることを特徴とする請求項１４記載の光ピックアップ装置。
17. 前記対物光学素子は、前記第１情報記録媒体に最適化されていることを特徴とする請求項１ないし１６の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
18. 前記対物光学素子は、前記第１情報記録媒体および前記第２情報記録媒体の両方に最適化されていることを特徴とする請求項１ないし１６の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
19. 前記第１光源ないし前記第３光源が、単一のパッケージに収納された光源ユニットであることを特徴とする請求項１ないし１８の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。

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