JP4274429B2 - 光ピックアップ用対物レンズおよび光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

この発明は、記録密度や保護層の厚みが異なる複数種類の光ディスクに対するデータの記録または再生を行う光ピックアップ装置および該装置に用いられる対物レンズに関する。

光ディスクには、記録密度や保護層の厚みが異なる複数の規格が存在する。例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）よりもＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）の記録密度は高く、保護層が薄い。そこで、規格が異なる光ディスクの切り替え時には、保護層の厚みによって変化してしまう球面収差を補正しつつ、情報の記録または再生に使用する光の開口数（ＮＡ）を変化させて記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるようにする必要がある。

例えば、ＤＶＤの記録または再生には、ＣＤ専用の光学系より高ＮＡの光学系を用いてビームスポットを絞る必要がある。スポット径は波長が短いほど小さくなるため、ＤＶＤを利用する光学系では、ＣＤ専用の光学系で用いられていた約７８０ｎｍより短い約６６０ｎｍの発振波長のレーザー光源を用いる。そのため近年、光情報記録再生装置には、波長の異なるレーザー光を発振可能な光源部を有する光ピックアップ装置が使用されている。なお、本文において、光情報記録再生装置と記した場合には、情報の記録専用装置、情報の再生専用装置、情報の記録および再生兼用装置、の全てを含むものとする。

また、ＣＤとＤＶＤの各光ディスクに対して、それぞれ良好な状態で各光ディスクの記録面位置にレーザー光を収束させる手段の一つとして、対物レンズの一面に輪帯状の微細な段差を有する回折構造を設けた対物レンズを光ピックアップ装置に搭載する技術が実用化されている。上記のような対物レンズは、該回折構造によって発生する球面収差が入射光束の波長に依存して変化する特徴を利用して、保護層厚の異なる各光ディスクに対応して、常に記録面上にレーザー光が良好な状態で収束するようにしている。

ＤＶＤとＣＤのような対応波長の異なる光ディスクに互換性を有する対物レンズおよび該対物レンズを搭載した光ピックアップ装置は、例えば以下の特許文献１に開示される。

特開２０００−８１５６６号公報

特許文献１に記載の対物レンズにおいて、回折構造が設けられた面は、詳しくは光軸近傍に位置する内側領域と、該内側領域の外側にある外側領域とに分けられる。内側領域は、ＣＤに対する情報の記録または再生用の光が該ＣＤの記録面において良好に収束し、かつＤＶＤに対する情報の記録または再生用の光も該ＤＶＤの記録面において良好に収束するような回折構造を備えている。外側領域は、ＣＤに対する情報の記録または再生用の光が該ＣＤの記録面において収束に寄与せず、ＤＶＤに対する情報の記録または再生用の光のみが該ＤＶＤの記録面において良好に収束するような回折構造を備えている。

上記のような構造により、ＣＤに対する情報の記録または再生用の光のうち、外側領域を透過した光束は、大きな球面収差を有するため記録面上では拡散してしまい、内側領域を透過した光束のみが記録面上で収束し、比較的大径のスポットを形成する。また、ＤＶＤに対する情報の記録または再生用の光は、外側領域を透過する光束も収差を持たずに収束するためＮＡが大きくなり、記録密度の高いＤＶＤに対する情報の記録または再生に適した小径のスポットを形成する。

近年、情報記録のさらなる高容量化を実現すべく、より一層記録密度の高い新規格の光ディスクが実用化されつつある。該光ディスクとしては、例えばＨＤ ＤＶＤ等がある。このような光ディスクは、ＤＶＤの保護層厚と同等もしくはそれ以下の保護層厚を有する。また、該光ディスクに対する情報の記録または再生時には、その記録密度の高さからＤＶＤに対する情報記録時または再生時に用いられる波長よりもさらに短波長な光束（例えば４０５ｎｍあたりのいわゆる青色レーザー光）を使用することが要求される。

ＨＤ ＤＶＤ等の新規格の光ディスクの実用化に伴い、既存の光ディスクおよび新規格の光ディスクに対する情報の記録または再生に互換性を持つ新たな光情報記録再生装置の早期実現が望まれている。該装置の早期実現には、上記のどの光ディスクを使用した場合でも、入射光束を各光ディスクの記録面上に良好に収束させる対物レンズが必要となる。しかしながら、上述したように、特許文献１に例示されるような従来の対物レンズは、あくまでＣＤとＤＶＤに対して情報の記録または再生を行うとき好適となるように設計されている。つまり、従来の対物レンズは、新規格の光ディスクを使用することは全く想定されていない。そのため、従来の対物レンズに青色レーザー光を入射させると、新規格の光ディスクの記録面上において球面収差を始めとする諸収差が発生してしまい、該新規格の光ディスクに対する情報の記録または再生に適したスポットを形成することができなかった。

新規格のディスクとＤＶＤとＣＤに対して情報の記録または再生を可能とする対物レンズ及び該対物レンズを搭載した光ピックアップ装置は、例えば以下の特許文献２に開示されている。

特開２００１−１９５７６９号公報

特許文献２に例示される対物レンズは、新規格のディスク使用時やＤＶＤ使用時において略平行光を入射させて、情報の記録または再生を行うような回折構造を備える。また、ＣＤ使用時においては発散光を入射させて情報の記録または再生を行っている。しかし、記録面上において情報の記録または再生に好適なスポットを得るためにどのような回折構造に設計すればよいか、という点については、何ら開示されていない。

また対物レンズに設けられた該回折構造は、特定の回折次数光の光量を上げるために鋸歯形状（ブレーズ形状）にされることが多い。例えば、広い波長域にわたって同一次数の光を効率よく取り出すためには、以下の特許文献３に例示するような２つの回折格子を積層させた回折構造を設けることも知られている。

特開２０００−７５１１８号公報

しかし、上記特許文献３のように二つの回折格子を積層させた回折構造を使用する場合、互いの回折格子を積層する際に発生する横ずれによる光量低下が大きくなってしまう。横ずれを抑えるためには高い精度での製造が要求されるため、安価で大量に製造する光ピックアップ用対物レンズには不適当である。

以上より、既存の光ディスクだけでなく新規格の光ディスクに対する情報の記録または再生にも互換性を持つように、対物レンズのさらなる改善が望まれていた。

そこで本発明は上記の事情に鑑み、安価に製造することができ、かつ既存の光ディスクおよび新規格の光ディスクのいずれに対する情報の記録または再生時にも各ディスクの記録面上において球面収差を抑えて良好なスポットを形成することができる光ピックアップ用対物レンズおよび該対物レンズを搭載する光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して波長の異なる第一から第三の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置であって、対物レンズを備え、上記の第一から第三の光束のうち最も短波長の第一の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、第一の光束の波長よりも長波長の第二の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、第一から第三の光束のうち最も長波長である第三の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、ｔ１〜ｔ３は以下の関係、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
を満たし、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ１、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ２、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ３、とすると、ＮＡ１〜ＮＡ３は以下の関係、
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
を満たし、第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ1、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ2、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ3とすると、以下の式（１）から式（３）、
-0.02＜ｆ1×Ｍ１＜0.02・・・（１）
-0.02＜ｆ2×Ｍ２＜0.02・・・（２）
-0.29＜ｆ3×Ｍ３＜-0.19・・・（３）
を満たしており、
さらに、対物レンズの少なくとも１面に回折構造を有し、
第三の波長の光束を第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域において、回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が六次、前記第二の波長の光束が四次、第三の波長の光束が三次であることを特徴とする。

ここで、第一の光ディスクとは、上述した新規格の光ディスク、より詳しくはＤＶＤよりも高容量の情報記録が可能で、情報の記録または再生には青色レーザー光を用いる光ディスクが該当する。また、第二の光ディスクとは例えばＤＶＤが該当する。第三の光ディスクとは、例えばＣＤやＣＤ−Ｒが該当する。

本発明に係る光ピックアップ装置における対物レンズは、第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が入射し、かつ、少なくとも１面に上記のような回折構造を有している。これにより、第一から第三の波長の光束が、各光ディスク面上に良好に収束され、かつ、各光束の利用効率を高めている。具体的には、第一から第三の波長の各光束の回折次数を順に六次、四次、三次に構成している。

従来のＣＤとＤＶＤに対する情報の記録又は再生にのみ対応した対物レンズでは、回折構造を持たせることで、異なる２つの波長に対して球面収差を補正することはできる。しかし、本特許のように、異なる３つの波長の場合、設計自由度が不足するために球面収差を補正することはできない。そこで、異なる３つの波長のうち、２つの波長に対しては回折構造により球面収差を補正し、残りの１つの波長に対しては対物レンズに入射する光束の発散度を異ならせることにより球面収差を補正している。

本発明に係る光ピックアップ装置における対物レンズでは、第一から第三の波長の各光束の回折次数を順に六次、四次、三次に設定している。本発明においては、第一の波長は４０５ｎｍ相当、第三の波長は７８０ｎｍ相当を想定しており、回折構造により第一の波長と第三の波長の相対的な球面収差を補正することはできない。これは、回折レンズのパワーが、回折次数をｍ、波長をλ、格子ピッチをｄとすると、ｍ×λ／ｄで表されるため、第一の波長に対する六次回折光と第三の波長に対する三次回折光は、回折レンズよりほぼ同じパワーを受けるからである。

有限系を利用した場合、軸外コマ収差により、トラッキング動作時の収差悪化が避けられない。情報の記録または再生に高いＮＡが要求されればされるほど、収差許容量が小さくなる。従って、本発明に係る光ピックアップ用対物レンズは、情報の記録または再生に高いＮＡが要求される第一および第二の光ディスク使用時には、対物レンズには略平行光束が入射し、比較的低いＮＡの第三の光ディスク使用時には、対物レンズには発散光束が入射するようになっている。これにより、該対物レンズがトラッキングシフトした場合であっても、第一及び第二の光ディスク使用時には、コマ収差や非点収差の発生量はほぼ無視できるほど小さくできる。なお、第一の領域は、上記の通り、第一から第三の波長の光束を、それぞれ第一から第三の光ディスクの記録面上に収束させるための領域で、対物レンズの光軸近傍に設けられる。

各光源と光ディスクとの間に配設されるカップリングレンズの焦点距離は、波長差による屈折率により異なる。従って、各光源から照射された光束を共通のカップリングレンズを介して記録面に導く構成において、第一の波長の光束を照射する光源と、第二の波長の光束を照射する光源が、同一基板上にある場合、つまり各光源がカップリングレンズから同距離にある場合、対物レンズに入射する光束のうち第一及び第二の波長の少なくとも一方は、収束光、もしくは発散光にならざるを得ない。そこで、本発明に係る対物レンズは、第一、及び第二の光ディスク使用時、上記の式（１）及び式（２）を満たすように対物レンズの結像倍率が極力小さいことが望ましい。これにより、トラッキング動作時の収差の発生量を小さくすることができる。

また、本発明に係る光ピックアップ装置における対物レンズは、第三の光ディスク使用時、上記の式（３）を満たすように構成される。式（３）の上限を超えると、オーバーな球面収差が残存してしまい好ましくない。また、式（３）の下限を下回ると、アンダーな球面収差が発生してしまい好ましくない。

このように本発明は、既存の光ディスク（第二の光ディスク、第三の光ディスク）に対する情報の記録または再生時のみならず、新たな規格の光ディスク（第一の光ディスク）に対する情報の記録または再生時においても記録面上に良好なスポットを形成することができる。また、形状の異なる複数の回折格子を積層する従来の対物レンズに比べ、単一の型による成形が可能になるため、安価かつ簡易に製造することが可能になる。

また、本発明においては回折格子の一つの領域の中の構造を規定する。すなわち、本発明に係る光ピックアップ装置における対物レンズは、回折構造の第一の領域の少なくとも一部の範囲が、隣接しあう屈折面間の境界において、内側に位置する屈折面を基準とすると、第一の波長の光束に対する光路長付加量が略８波長分の段差と、該光路長付加量が略−２波長分の段差を持ち、各段差は、交互に配設されることが好ましい。

単純に１つの領域ごとに第一の波長の光束に対し略６波長分の光路長差を持つ段差として、回折レンズを構成すると、設計波長における回折効率は比較的高いものが得られるが、温度変化などによりレーザーの発振波長が変化した場合、特に第一のレーザーの発振波長が短くなった場合、第二のレーザーの発振波長が長くなった場合に、回折格子のゾーンの周辺で位相ずれ量が大きくなり、急激に光利用効率が低下してしまう。これを避けるためには第一の波長、第二の波長だけであれば、それぞれ三次回折光、二次回折光を使う、輪帯幅が約半分の構造を用いればよい。しかし、第三の波長が第一の波長の約２倍の波長であることを想定しているために、このような構成では、第三の波長は一次回折光と二次回折光に分配されてしまい、４０％程度の効率しか得られない。

そこで、第一の波長の光束に対し三次回折光を用いる構造をベースに、その領域を１つ置きに第一の波長の光束に対して略５波長分シフトした構造を用いる。このようにすると、第二の波長に対しては、シフト量は略３波長分になり、高い回折効率が維持される。また、第三の波長に対しては、シフト量が約２．５λになるため、元々の約１．５λと足して約４．０λになり、光量の打ち消しあいがなくなり、高効率になる。こうして設計されたゾーンは、第一の波長で六次、第二の波長で四次、第三の波長で三次の回折光を使う回折格子の１つのゾーンを、２つの位相領域で構成したものと考えることができる。

回折構造の第一の領域の少なくとも一部を上記のような段差を持つように設計することにより、第一から第三の波長の各光束の回折効率をより高くすることができる。

また、本発明によれば、上記対物レンズにおいて、第一の領域の少なくとも一部範囲は、隣接しあう屈折面間の境界において、内側に位置する屈折面を基準とすると、前記第一の光束への光路長付加量が略−８波長分の段差と、該光路長付加量が略２波長分の段差を持ち、各段差が交互に配設されていてもよい。

また本発明によれば、上記対物レンズは、回折構造には、第一の波長の光束および第二の波長の光束をそれぞれ第一の光ディスクおよび第二の光ディスクの記録面上に収束させ、かつ第三の光束の収束には寄与しない第二の領域を設けることが好ましい。また該第二の領域の回折効率が最大になる回折次数は、第一の波長の光束が三次、前記第二の波長の光束が二次であることが好ましい。

このような第二の領域を設けることにより、該第二の領域を透過する第三の波長の光束を拡散することができる。また、温度変化などによるレーザーの発振波長の変化による波面収差の劣化も抑えることができる。なお、第二の領域は、第一の領域よりも外側に設けられる。

さらに上記（４）式を満たす場合、上記回折構造には、第二の領域の外側に、第一の光束のみを効率よく収束させる第三の領域を設けることが望ましい。該第三の領域において、第一の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、第二の領域において第一の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なるように設定される。このような第三の領域を設けることにより、該第三の領域を透過する第二及び第三の波長の光束を拡散することができる。

また、上記（５）式を満たす場合、上記回折構造には、第二の領域の外側に、第二の波長の光束のみを効率よく収束させる第三の領域を設けることが望ましい。該第三の領域において、第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、第二の領域において第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なるように設定される。このような第三の領域を設けることにより、該第三の領域を透過する第一及び第三の波長の光束を拡散することができる。

また本発明に係る光ピックアップ装置は、第一の波長をλ１、第二の波長をλ２、第三の波長をλ３、第一の波長λ１に対する対物レンズの屈折率をｎ１、第二の波長λ２に対する対物レンズの屈折率をｎ２、第三の波長λ３に対する対物レンズの屈折率をｎ３、とすると、以下の式（６）および式（７）、
λ１／（ｎ１−１）：λ３／（ｎ３−１）≒１：２・・・（６）
λ１／（ｎ１−１）：λ２／（ｎ２−１）≒３：５・・・（７）
を共に満たすような三種類の光束を照射する光源を備えることを特徴とする。このような光ピックアップ装置は、少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクのいずれに対しても、情報の記録または再生を行うことができる。

本発明においては回折格子の一つの領域の中の構造を規定する。すなわち、本発明に係る光ピックアップ用装置は、少なくとも一面に回折構造を有し、第一の領域の少なくとも一部の範囲は、隣接しあう屈折面間の境界において、内側に位置する屈折面を基準とすると、第一の波長の光束に対する光路長付加量が略８波長分の段差と、該光路長付加量が略−２波長分の段差を持ち、各段差は、交互に配設される回折素子を有することが望ましい。

また、本発明においては回折格子の一つの領域の中の構造を規定する。すなわち、本発明に係る光ピックアップ用装置は、少なくとも一面に回折構造を有し、前記第一の領域の少なくとも一部の範囲は、隣接しあう屈折面間の境界において、内側に位置する屈折面を基準とすると、第一の波長の光束に対する光路長付加量が略−８波長分の段差と、該光路長付加量が略２波長分の段差を持ち、各段差は、交互に配設される回折素子を有することが望ましい。

回折構造の少なくとも一部を上記のような段差を持つように設計することにより、第一から第三の波長の各光束の回折効率をより高くすることができる。

上述した回折素子は、第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が入射し、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ1、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ2、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ3とすると、以下の式（１）から式（３）、
-0.02＜ｆ1×Ｍ１＜0.02・・・（１）
-0.02＜ｆ2×Ｍ２＜0.02・・・（２）
-0.29＜ｆ3×Ｍ３＜-0.19・・・（３）
を満たす対物レンズと、第一の波長をλ１、第二の波長をλ２、第三の波長をλ３、第一の波長λ１に対する対物レンズの屈折率をｎ１、第二の波長λ２に対する対物レンズの屈折率をｎ２、第三の波長λ３に対する対物レンズの屈折率をｎ３、とすると、以下の式（６）および式（７）、
λ１／（ｎ１−１）：λ３／（ｎ３−１）≒１：２・・・（６）
λ１／（ｎ１−１）：λ２／（ｎ２−１）≒３：５・・・（７）
を共に満たすような三種類の光束を照射する光源とを備える光ピックアップ装置に搭載される。このような光ピックアップ装置は、少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクのいずれに対しても、情報の記録または再生を行うことができる。

また、本発明に係る光ピックアップ用対物レンズは、少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置における対物レンズであって、三種類の光束のうち最も短波長である第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第一の波長の光束よりも長い波長を持つ第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、三種類の光束のうち最も長波長である第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、ｔ１〜ｔ３は以下の関係、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
を満たし、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ１、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ２、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ３、とすると、ＮＡ１〜ＮＡ３は以下の関係、
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
を満たし、第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ1、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ2、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ3とすると、以下の式（１）から式（３）、
-0.02＜ｆ1×Ｍ１＜0.02・・・（１）
-0.02＜ｆ2×Ｍ２＜0.02・・・（２）
-0.29＜ｆ3×Ｍ３＜-0.19・・・（３）
を満たし、さらに、対物レンズの少なくとも１面に回折構造を有し、第三の波長の光束を第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域において、回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が六次、前記第二の波長の光束が四次、前記第三の波長の光束が三次であることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、回折構造の回折次数を適切に設定すると共に、該回折構造で除去しきれない収差を結像倍率の調整によって良好に抑えることにより、既存の光ディスクおよび新規格の光ディスクのいずれに対する情報の記録または再生時にも各ディスクの記録面上において球面収差を抑えて良好なスポットを形成可能な光ピックアップ用対物レンズおよび該対物レンズを搭載する光ピックアップ装置を提供することができる。

さらに、本発明に係る対物レンズは、単一の型を用いて射出成形できるような回折構造を採用したことにより、複数個の回折格子を組み合わせた従来の対物レンズの構成に比べて、非常に安価でかつ大量生産が可能になる。

以下、この発明に係る光ピックアップ用対物レンズ３０および該対物レンズ１０を搭載する光ピックアップ装置１００の実施形態を説明する。光ピックアップ装置１００は、保護層の厚みや記録密度が異なる第一から第三の光ディスクＤ１〜Ｄ３に対して互換性を有する光情報記録再生装置に搭載される。

図１は、光ピックアップ装置の概略構成を表す模式図である。光ピックアップ装置は、第一〜第三光源１０Ａ〜１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃ、対物レンズ３０、ビームスプリッタ４１、４２を有する。図１に示すように、各光源１０Ａ〜１０Ｃから照射され各カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃを透過した各光束は、二つのビームスプリッタ４１、４２によって共通の光路に導かれ、対物レンズ３０に入射する。対物レンズを透過した光束は、情報の記録または再生の対象となる光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面上に収束する。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、図１を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて図示した光ピックアップ装置１００の概略構成を表す図である。すなわち、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、順に、第一の光ディスクＤ１、第二の光ディスクＤ２、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時における構成図である。図１、図２において、光ピックアップ装置１００の基準軸は、図中一点鎖線で表示されている。また、第一光源１０Ａから照射された光束は実線で、第二光源１０Ｂから照射された光束は破線で、第三光源１０Ｃから照射された光束は点線で、それぞれ描かれている。図１、図２に示す状態では、対物レンズの光軸は光学系の基準軸と一致しているが、トラッキング動作などにより対物レンズの光軸が光学系の基準軸から外れる状態もある。

なお本実施形態では、記録密度が最も高い光ディスク（例えばＨＤ ＤＶＤ等の新規格の光ディスク）を第一の光ディスクＤ１、第一の光ディスクＤ１に比べて相対的に記録密度が低い（例えばＤＶＤやＤＶＤ−Ｒ等）を第二の光ディスクＤ２、記録密度が最も低い光ディスク（例えばＣＤやＣＤ−Ｒ等）を第三の光ディスクＤ３と記す。また、各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層厚をそれぞれｔ１〜ｔ３とすると、各保護層厚は、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
である。なお、どの光ディスクも情報の記録または再生時は、図示しないターンテーブル上に載置され回転駆動される。

各光ディスクＤ１〜Ｄ３のそれぞれに対して情報の記録または再生を行う場合、記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるように、必要とされるＮＡの値を変化させる必要がある。ここで、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生時に必要とされるＮＡを、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とすると、各ＮＡには以下のような関係がある。
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
つまり、最も記録密度の高い第一の光ディスクＤ１に対する情報の記録または再生時には、より小径なスポットの形成が要求されるため、必要なＮＡが高くなる。

第一光源１０Ａは、第一の光ディスクＤ１に対して情報の記録または再生を行う際に用いられる。つまり、第一光源１０Ａは、第一の光ディスクＤ１の記録面上において最も小径のビームスポットを形成するために、三つの光源のうち最も短波長（第一の波長）であるレーザー光（以下、第一のレーザー光という）を照射する。第三光源１０Ｃは、第三の光ディスクＤ３に対して情報の記録または再生を行う際に用いられる。つまり、第三光源１０Ｃは、第三の光ディスクＤ３の記録面上において最も大径のビームスポットを形成するために、三つの光源のうち最も長波長（第三の波長）であるレーザー光（以下、第三のレーザー光という）を照射する。第二光源１０Ｂは、記録密度の高い第二の光ディスクＤ２に対して情報の記録または再生を行う際に用いられる。つまり、第二光源１０Ｂは、第二の光ディスクＤ２の記録面上において比較的小径のスポットを形成するために、第一のレーザー光よりは長波長であってかつ第三のレーザー光よりは短波長（第二の波長）であるレーザー光（以下、第二のレーザー光という）を照射する。

なお、各光源１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれ独立して異なる場所に配設されていてもよいし、単一の基板上に所定方向に並べて配設されていてもよい。各光源１０Ａ〜１０Ｃを独立して異なる場所に配設する場合、各光源１０Ａ〜１０Ｃから照射されたレーザー光は、図１に示すように、各カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃを透過した後、各ビームスプリッタ４１、４２によって合成され、対物レンズ３０に導かれる。

対物レンズ３０は、各光源側から順に第一面３０ａと第二面３０ｂを有する。対物レンズ３０は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように両面３０ａ、３０ｂとも非球面である両凸のプラスチック製単レンズである。上述した通り、各光ディスクＤ１〜Ｄ３は、Ｄ１（またはＤ２）とＤ３で保護層の厚さが異なり、各光ディスク使用時に用いる光束の波長も異なるので、対物レンズ３０の屈折率も異なる。このため、情報の記録または再生に使用される光ディスクによって球面収差が変化する。そこで、本実施形態においては、対物レンズ３０の少なくとも一方の面（本実施形態では面３０ａ）に光軸を中心とした複数の微細な段差を有する輪帯状の回折構造を設ける。

図３は、対物レンズ３０の光軸ＡＸを含む面での断面形状の第一面３０ａ近傍の拡大図である。対物レンズ３０の第一面３０ａは、以下のように形成される。第一面３０ａは、光軸の周囲に位置する第一の領域３１と、第一の領域３１の周囲に位置する第二の領域３２と、第二の領域３３の最外周からレンズ外周部（不図示）までの第三の領域３３と、を有する。第一から第三の各領域３１〜３３に形成される各輪帯状の段差は、面３０ａの内側から外側に向かって、隣接する輪帯に対して、光路長差が特定の波長の略整数倍となるように形成される。

第一の領域３１は、第一から第三の各レーザー光がそれぞれ対応する光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面において良好に収束するような回折構造を備える。具体的には、該回折構造は、第一と第二のレーザー光の波長差により対物レンズ１０の屈折レンズ部分で生じる球面収差の変化をキャンセルするような球面収差の波長特性を有する。本実施形態の対物レンズ３０における第一の領域３１は、その回折構造により主として二種類の態様を持つ。

第一の領域３１の回折構造の第一態様は、回折効率が最大となる回折次数が、第一のレーザー光は六次、第二のレーザー光は四次、第三のレーザー光は三次となるように設計される。このように第一の態様における第一領域３１は、どのレーザー光が入射した場合であっても、高い回折効率で収束させることができる。特に、第一のレーザー光の波長の該回折構造の輪帯によって与えられる光路長差が、第三のレーザー光の３波長分に略等しくなるため、利用効率が非常に高いという利点がある。

図４は、第一の領域３１の回折構造の第二態様を模式的に表した、光軸を含む面での断面図である。図４に示すように、第一領域３１の第二態様は、複数の輪帯状の屈折面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…を有している。また、該回折構造は、互いに隣接しあう屈折面間の境界に段差Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…を有している。

なお、第一領域３１の第二態様を説明するために以下で用いる光路長付加量は、特に説明がある場合を除き、すべて第一のレーザー光に対するものとする。各段差は、互いに隣接しあう屈折面において内側の屈折面つまり光軸ＡＸにより近い面（例えば、Ｐ１）を基準としたときの外側の屈折面（例えば、Ｐ２）における光路長付加量が、略−８波長または略２波長となるように設計される。さらに、図４に示すように、略−８波長分の段差と略２波長分の段差とは交互に連続して配設される。なお本文において、光路長付加量の符号は、図４中互いに隣接しあう屈折面において、内側の屈折面を基準とすると、外側の屈折面が右方（つまり光軸ＡＸ方向における光源側）に位置する場合、光路長付加量を正、逆に左方（つまり光軸ＡＸ方向における光ディスク側）に位置する場合、光路長付加量を負と定義する。

上記のように構成された第一の領域３１は、第一のレーザー光について略−３波長分の段差となるように設計された回折構造（以下、便宜上回折構造αという）や、前記第一の様態のように、第一のレーザー光について略−６波長分となるように設計された回折構造と比べて、ほぼ同様、もしくはそれ以上の利点を享受する。

回折構造αは、図４中、点線で示すように、複数の輪帯状の屈折面Ｐ１、Ｐ２’、Ｐ３、Ｐ４’…を有している。回折構造αの場合、各輪帯における第二のレーザー光に対する光路長付加量が略−２波長分となるため、第二のレーザー光が入射した場合、高い効率を得ることができる。ところが、第三のレーザー光に対する光路長付加量が略−１．５波長分となるため、第三レーザー光が入射した場合、一次回折光と二次回折光に分配されてしまい、４０％程度の効率しか得られない。

そこで第一の領域３１を、回折構造αをベースに屈折面１つ置きに約−５波長分シフトした構造を用いる。具体的には、回折構造αの輪帯の屈折面Ｐ２’、Ｐ４’、Ｐ６’、Ｐ８’に対して、第一のレーザーについて略−５波長分の光路長を与えて、図４中、実線で示すように、屈折面Ｐ１〜Ｐ８で構成される輪帯構造にする。このとき、第二のレーザーについては略−３波長分、第三のレーザーについては略−２．５波長分の光路長差を与える。このようにすると、略−８波長分の光路長付加量を持つ段差（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７）を間に持つ二つの屈折面（Ｐ１とＰ２、Ｐ３とＰ４、Ｐ５とＰ６、Ｐ７とＰ８）は、第二のレーザー光に対しては元々の略−２.０波長分と足して略−５波長分の光路長差を与え、高効率になる。また、第三のレーザー光に対しては元々の略−１．５波長分と足して略−４波長分の光路長差を与え、光量の打ち消しあいがなくなり高い回折効率が得られる。

こうして設計された回折構造は、第一のレーザーに対しては六次回折光、第二のレーザーに対しては四次回折光、第三のレーザーに対しては三次回折光を使う回折格子の１つのゾーンを、２つの位相領域で構成したものと考えることができる。具体的には、略−２波長分の光路長付加量を持つ段差（Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８）を間に持つ二組の屈折面（Ｐ１-Ｐ２とＰ３-Ｐ４、Ｐ３-Ｐ４とＰ５-Ｐ６、Ｐ５-Ｐ６とＰ７-Ｐ８）は、第一のレーザー光に対しては略−６波長分、第二のレーザー光に対しては略−４波長分、第三のレーザー光に対しては略−３波長分の光路長差を与えることができる。従って、第二様態の第一の領域３１は、全てのレーザー光に対して高い回折効率を得ることができる。

以上が第二態様の第一の領域３１の構成である。なお、上述したような二種類の段差が連続する第二様態の回折構造は、必ずしも第一の領域３１の全域に設けられる必要はなく、一部の範囲のみであってもよい。

また、第二態様の第一の領域３１が、内側の屈折面を基準として、略８波長分の光路長付加量を持つ段差と略−２波長分の光路長付加量を持つ段差とが交互に連続する構成であってもよい。このような二種類の段差が交互に連続した回折構造であっても上記と同様の効果を奏する。

上記のいずれの態様の第一領域３１を持つ対物レンズ３０も第二、第三の各領域３２、３３の構成は略同一である。図３に示す第二の領域３２は、第一のレーザー光および第二のレーザー光がそれぞれ対応する光ディスクＤ１、Ｄ２の記録面において略無収差で良好に収束するような回折構造を有する。具体的には、該回折構造は、第一のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数が三次、第二のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数が二次となるように設計される。このように設計された第二の領域３２を透過した第三のレーザー光は、第一の領域３１を透過した第三のレーザー光と波面の位相が揃わない。つまり、第二の領域３２は、第三のレーザー光の収束には寄与しない。

図３に示す第三の領域３３は、対物レンズ３０が、以下の式（４）または式（５）、
ｆ１×ＮＡ１＞ｆ２×ＮＡ２・・・（４）
ｆ１×ＮＡ１＜ｆ２×ＮＡ２・・・（５）
を満たす場合に設けられる領域である。

対物レンズ３０が式（４）を満たすときに設けられる第三の領域３３は、第一のレーザー光が第一の光ディスクＤ１の記録面において略無収差で良好に収束するような回折構造を有する。ここで、第三の領域３３は、第二の領域３２とは異なり、第二のレーザー光の収束には寄与しない。そのため、該回折構造は、第一のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数が第二の領域３２における第一のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数とは異なるように設計される。該設計時には、第三の領域３３は、第一のレーザー光に対する回折効率が最大となるようにブレーズ化される。

対物レンズ３０が式（５）を満たすときに設けられる第三の領域３３は、第二のレーザー光が第二の光ディスクＤ２の記録面において略無収差で良好に収束するような回折構造を有する。ここで、第三の領域３３は、第二の領域３２とは異なり、第一のレーザー光の収束には寄与しない。そのため、該回折構造は、第二のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数が第二の領域３２における第二のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数とは異なるように設計される。該設計時には、第三の領域３３は、第二のレーザー光に対する回折効率が最大となるようにブレーズ化される。

上記のように各領域３１〜３３の回折構造を設計することにより、上述した各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生時に好適なＮＡ（ＮＡ１〜ＮＡ３）が得られる。

また上記のような回折構造をもつ対物レンズ３０が装置１００の基準軸上にある場合、第一の光ディスクＤ１または第二の光ディスクＤ２に対する情報の記録または再生時、対物レンズ３０を透過したレーザー光は、略無収差で各光ディスクの記録面上に収束する。しかし、対物レンズ３０がトラッキングによって該基準軸上からずれた場合、対物レンズ３０には軸外光が入射する。この際、対物レンズへ発散光が入射した場合、コマ収差等が発生してしまう。一般に、情報の記録または再生に高いＮＡが要求される光ディスクほど、収差に対する許容範囲が狭い。従って、第一の光ディスクＤ１または第二の光ディスクＤ２に対する情報の記録または再生時、対物レンズ３０がトラッキングシフトした場合であっても、諸収差の発生を抑えるために、対物レンズ３０には略平行光束を入射させる。具体的には、第一の光ディスクＤ１使用時における対物レンズ３０の結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ1、第二の光ディスクＤ２使用時における対物レンズ３０の結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ2、とすると、対物レンズ３０は、以下の式（１）及び式（２）を満たすように設計される。
-0.02＜ｆ1×Ｍ１＜0.02・・・（１）
-0.02＜ｆ2×Ｍ２＜0.02・・・（２）

式（１）および式（２）を満たすように対物レンズ３０を設計することにより、第一の光ディスクＤ１、及び第二の光ディスクＤ２使用時に、トラッキング動作時に発生するコマ収差や非点収差を良好に抑えることができる。

本実施形態では、第一光源１０Ａと第二光源１０Ｂを、各光源１０Ａ、１０Ｂから照射されたレーザー光が各カップリングレンズ２０Ａ、２０Ｂによって平行光束に変換されるような位置に配設することにより、対物レンズ３０の結像倍率を０にしている。すなわち本実施形態のカップリングレンズ２０Ａ、２０Ｂは、第一のレーザー光および第二のレーザー光に対して、コリメートレンズとして機能する。

上記のように、収差に対する許容範囲が狭い各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時の収差を有効に抑えるように対物レンズ３０を設計すると、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時に発生する球面収差が十分に抑えきれない。そこで、第三の光ディスクＤ３使用時に発生する球面収差は、図２（Ｃ）に示すように対物レンズ３０に入射する光束を発散光にすることにより補正する。具体的には、第三の光ディスクＤ３使用時における対物レンズ３０の結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ3とすると、対物レンズ３０は、以下の式（３）を満たすように設計される。
-0.29＜ｆ3×Ｍ３＜-0.19・・・（３）

式（３）を満たすように対物レンズ３０を設計することにより、第三の光ディスクＤ３使用時に発生する球面収差を良好に抑えることができる。

上記のような構成により、図２（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示すように、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生時、使用する光ディスクに対応する光源から照射されたレーザー光は、各カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃと各ビームスプリッタ４１、４２と対物レンズ３０とを介して光ディスクの記録面近傍に収束し、情報の記録または再生に好適なスポットを形成する。

以上説明した、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示す光ピックアップ装置１００は、使用する各レーザー光の波長が対物レンズ３０の屈折率を考慮しつつ比較した場合、回折レンズ構造による収差補正が困難な関係にあっても、各光ディスクの記録面に良好なスポットを形成し、情報の記録または再生を可能にしている。収差補正が困難な関係とは、具体的には、第一のレーザー光の波長をλ１、第二のレーザー光の波長をλ２、第三のレーザー光の波長をλ３、第一の波長λ１に対する対物レンズ３０の屈折率をｎ１、第二の波長λ２に対する対物レンズ３０の屈折率をｎ２、第三の波長λ３に対する対物レンズ３０の屈折率をｎ３、とすると、以下の式（６）および式（７）のような関係をいう。
λ１／（ｎ１−１）：λ３／（ｎ３−１）≒１：２・・・（６）
λ１／（ｎ１−１）：λ２／（ｎ２−１）≒３：５・・・（７）

式（６）や式（７）のような関係がある場合、第一の波長λ１の光束の回折次数を六次、第三の波長λ３の光束の回折次数を三次に設定すると、第一の波長λ１に対する六次回折光と第三の波長λ３に対する三次回折光は、回折レンズよりほぼ同じパワーを受けるため、第一および第三の波長差による屈折率変化とディスク保護層厚の差による相対的な球面収差を回折構造で補正することはできない。従って、本実施形態の対物レンズ３０は、記録密度が高く収差の許容範囲が狭い第一および第二の光ディスク使用時には、面３０ａに設けられた回折構造によって収差を略完全に補正し、第三の光ディスク使用時には、回折構造と対物レンズの結像倍率によって収差を補正できる。つまり光ピックアップ対物レンズ３０や装置１００は、式（６）や式（７）のような関係がある複数の光ディスクに互換性を持つレンズもしくは装置といえる。

次に、以上説明した実施形態に基づく具体的な実施例を３例提示する。実施例１は、第一態様の第一領域３１を持つ対物レンズ３０を備える光ピックアップ装置１００に関するものである。実施例２および実施例３は、第二態様の第一領域３１を持つ対物レンズ３０を備える光ピックアップ装置１００に関するものである。なおいずれの実施例の光ピックアップ装置１００も保護層厚が０．６ｍｍの第一の光ディスクＤ１および第二の光ディスクＤ２と、保護層厚が１．２ｍｍの第三の光ディスクＤ３との互換性を有する。

実施例１、および後述の実施例２の光ピックアップ装置１００を表す概略図は図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示される。実施例１の対物レンズ３０の具体的な仕様は、表１に示されている。

表１中、設計波長λ（単位：ｎｍ）とは、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生の際に最も適した波長のことである。表１に示す対物レンズ３０を備える光ピックアップ装置１００の具体的数値構成は表２〜表４に示される。

表２〜表４は、順に、第一の光ディスクＤ１、第二の光ディスクＤ２、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時における光ピックアップ装置１００の具体的数値構成である。

表２〜表４中の備考に示すように、面番号０が各光源１０Ａ〜１０Ｃ、面番号１、２が各カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃ、表２〜表３の面番号３、４がビームスプリッタ４１、表２〜３の面番号５、６及び表４の面番号３、４がビームスプリッタ４２、表２〜３の面番号７、８及び表４の面番号５、６が対物レンズ３０、表２〜３の面番号９、１０及び表４の面番号７、８が媒体である各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層および記録面を示している。表２〜表４中、ｒはレンズ各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは情報の記録または再生時におけるレンズ厚またはレンズ間隔（単位：ｍｍ）、ｎ（Ｘｎｍ）は波長Ｘｎｍでの屈折率である。表２〜表４に示すように対物レンズ３０の第一面３０ａは、第一から第三の三つの領域からなっている。それぞれ第一から第三の各領域３１〜３３の範囲を光軸ＡＸからの高さｈで表すと、
第一の領域３１…ｈ≦１．５３、
第二の領域３２…１．５３＜ｈ≦１．８７、
第三の領域３３…１．８７＜ｈ≦１．９５、となる。

また、各カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃの第二面、および対物レンズ３０の両面３０ａ、３０ｂは非球面である。その形状は光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離（サグ量）をＸ（ｈ）、非球面の光軸上での曲率（１／ｒ）をＣ、円錐係数をＫ、四次、六次、八次、十次、十二次の非球面係数をＡ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０、Ａ_１２として、以下の式で表される。

第一の光ディスクＤ１、第二の光ディスクＤ２、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時における各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、順に表５〜７に示される。

なお各表における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。以下に示す表８においても同様である。

さらに、対物レンズ３０の第一面３０ａに形成された回折構造は、以下の光路差関数φ（ｈ）により表される。

光路差関数φ（ｈ）は、回折レンズの機能を光軸からの高さｈでの光路長付加量の形で表現したものである。Ｐ_２、Ｐ_４、Ｐ_６、…はそれぞれ二次、四次、六次、…の係数である。該回折構造を規定する光路差関数係数Ｐ_２、…は、表８に示される。ｍは第一から第三の各領域３１〜３３において各レーザー光の回折効率が最大となる回折次数を表す。回折次数ｍは使用するレーザー光によって領域ごとに異なる値が設定されており、詳しくは表９に示される。

実施例２における、対物レンズ３０の具体的仕様、光ピックアップ装置１００の具体的数値構成、および各面を規定する様々な係数は、実施例１と同一である。従って、表１〜表９を参照し、ここでの説明は省略する。

表１０は、実施例２の対物レンズ３０の第一面３０ａに形成された回折構造の具体的数値構成および該回折構造の各輪帯における光路長付加量を表した表である。表１０に示すように、実施例２の光ピックアップ装置１００に設けられた対物レンズ３０は、第二態様の第一の領域３１を持つ。表１０に示すような回折構造を第一面３０ａに形成することにより、実施例２の対物レンズ３０は、第一のレーザー光に対する回折効率を１００％とした場合、第二のレーザー光に対する回折効率が約８７．２％、第三のレーザー光に対する回折効率が約９９．９％と非常に高いため、記録面上に形成されるスポットの光量が非常に大きい。

以上説明した各実施例の光ピックアップ装置１００の対物レンズ３０は、ｆ1×Ｍ１が０．０００、ｆ2×Ｍ２が０．０００、ｆ3×Ｍ３が−０．２３２であり、式（１）から式（３）を満たす。また、ｆ1×ＮＡ１が１．９５、ｆ2×ＮＡ２が１．８７であり、式（４）を満たす。従って対物レンズ３０は、第二の領域３２において第一のレーザー光に対する回折効率が最大になる回折次数（三次）とは異なる最大回折次数（一次）の第三の領域３３がある。また、表１に示すように各実施例の光ピックアップ装置１００は、式（６）が１：２となり、式（７）が３：５となる。

図５は、各実施例の光ピックアップ用装置１００において、第一のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表す収差図である。同様に、図６は、第二のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表し、図７は、第三のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表す。図５〜７に示すように、式（６）および式（７）の関係を持つ各実施例の光ピックアップ装置１００は、式（１）から式（３）を満たすことにより、どの光ディスクに対する情報の記録または再生時であっても球面収差を良好に補正して、記録面上には情報の記録または再生に好適なスポットを形成することができる。

実施例３の光ピックアップ装置１００を表す概略図は図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示される。図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例３の光ピックアップ装置１００は、第二のレーザー光を平行光束に変換するための光学部材として、第一のレーザー光を平行光束に変換するコリメートレンズ２０Ａと同一構成のコリメートレンズ２０Ａ’を使用している。その他の構成は、実施例１や実施例２と同一であるため、ここでの説明は省略する。実施例３の対物レンズ３０の具体的な仕様は、表１１に示されている。

表１１に示す対物レンズ３０を備える光ピックアップ装置１００の具体的数値構成は表１２〜表１４に示される。

表１２〜表１４は、順に、第一の光ディスクＤ１、第二の光ディスクＤ２、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時における光ピックアップ装置１００の具体的数値構成である。表１２〜表１４において、各面番号に対応する部材は、それぞれ備考に示される。

表１１に示すように、実施例３では、第一の光ディスクＤ１使用時に必要なＮＡと第二の光ディスクＤ２使用時に必要なＮＡが比較的近似する値を採る。そのため、実施例３の第一面３０ａは、第一の領域３１と第二の領域３２のみからなる。各領域３１、３２の範囲を光軸ＡＸからの高さｈで表すと、
第一の領域３１…ｈ≦１．７２、
第二の領域３２…１．７２＜ｈ≦１．９５、となる。

各カップリングレンズ２０Ａ、２０Ａ’、２０Ｃの第二面、および対物レンズ３０の両面３０ａ、３０ｂは非球面である。第一の光ディスクＤ１または第二の光ディスクＤ２に対する情報の記録または再生時における各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は表１５に、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時における各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は表１６に示される。

また、対物レンズ３０の第一面３０ａに形成された回折構造は、上記数２の式により表される。該回折構造を規定する光路差関数係数Ｐ_２、…は、表１７に示される。また、使用するレーザー光ごとに設定される回折次数ｍは、表１８に示される。

表１９は、実施例３の対物レンズ３０の第一面３０ａに形成された回折構造の具体的数値構成および該回折構造の各輪帯における光路長付加量を表した表である。表１９に示すように、実施例３の光ピックアップ装置１００に設けられた対物レンズ３０は、第二態様の第一の領域３１を持つ。表１９に示すような回折構造を第一面３０ａに形成することにより、実施例３の対物レンズ３０は、第一のレーザー光に対する回折効率を１００％とした場合、第二のレーザー光に対する回折効率が約８７．２％、第三のレーザー光に対する回折効率が約９８．８％と非常に高いため、記録面上に形成されるスポットの光量が非常に大きい。

以上説明した実施例３の光ピックアップ装置１００の対物レンズ３０は、ｆ1×ｍ1が０．０００、ｆ2×ｍ2が０．０００、ｆ3×ｍ3が−０．２６８であり、式（１）から式（３）を満たす。また、本実施例の対物レンズ３０に第三の領域３３が設けられていないのは、ｆ1×ＮＡ１が１．９５、ｆ2×ＮＡ２が１．９５であることからも導出される。また、表１に示すように実施例３の光ピックアップ装置１００は、式（６）が１：２となり、式（７）が３：５となる。

図９は、実施例３の光ピックアップ用装置１００において、第一のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表す収差図である。同様に、図１０は、第二のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表し、図１１は、第三のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表す。図９〜図１１に示すように、式（６）および式（７）の関係を持つ各実施例の光ピックアップ装置１００は、式（１）から式（３）を満たすことにより、どの光ディスクに対する情報の記録または再生時であっても球面収差を良好に補正して、記録面上には情報の記録または再生に好適なスポットを形成することができる。

以上が本発明の実施例である。なお、上記の各実施例はあくまでも本発明に係る対物レンズの一例である。つまり本発明に係る対物レンズは、各実施例の具体的数値構成に限定されるものではない。例えば回折構造を設ける面は、第一面３０ａではなく、第二面３０ｂであってもよい。また、第一面と第二面の両方に回折構造を設けても良い。

また、表１または表１１の設計開口数も例示である。つまり本発明に係る対物レンズは、光情報記録再生装置にどのような機能を付与するかに応じて、該機能に対応するＮＡ、換言すれば使用可能な各光ディスクに対する情報の記録または再生に必要なＮＡを任意に設定することができる。そして、設定されたＮＡに対応して回折構造を設計することができる。

また、上述した回折構造は、必ずしも対物レンズの面に設ける必要はない。図１２は、上記実施形態の変形例である、回折素子５０を用いた光ピックアップ装置１００’を示す。なお図１２において、回折素子５０よりも光源側の構成は上記実施形態（図１参照）と同一であるため図示を省略している。図１２に示すように、光ピックアップ装置１００’は、一方の面５０ａに回折構造を設けた回折素子５０を対物レンズ３０の光源側に設けている。回折素子５０の他方の面５０ｂは平面である。このような回折素子５０を用いることにより、対物レンズ３０の各面３０ａ、３０ｂは、回折構造が設けられていない非球面として構成される。図１２に示す変形例のように、少なくとも一方の面に上述した回折構造を設けた光学素子（回折素子）を該対物レンズの光軸上に設けることによっても上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

光ピックアップ用対物レンズを搭載する光ピックアップ装置の概略構成を表す模式図である。 本発明の実施形態の光ピックアップ装置を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示している。 本発明の実施形態の光ディスク用対物レンズの光軸を含む面での断面形状の第一面近傍の断面図である。 対物レンズにおける第一領域の第二態様を模式的に表した、光軸を含む面での断面図である。 第一のレーザー光透過時に実施例１、２の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。 第二のレーザー光透過時に実施例１、２の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。 第三のレーザー光透過時に実施例１、２の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。 本発明の実施例３の光ピックアップ装置を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示している。 第一のレーザー光透過時に実施例３の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。 第二のレーザー光透過時に実施例３の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。 第三のレーザー光透過時に実施例３の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。 本発明の変形例の光ピックアップ装置を示す図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｃ 光源
２０Ａ〜２０Ｃ カップリングレンズ
３０ 対物レンズ
３１ 第一の領域
３２ 第二の領域
３３ 第三の領域
４１、４２ ビームスプリッタ
５０ 回折素子
Ｄ１〜Ｄ３ 光ディスク
１００、１００’ 光ピックアップ装置

Claims (12)

1. 少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置であって、
   対物レンズを備え、
   前記三種類の光束のうち最も短波長である第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第一の波長の光束よりも長い波長を持つ第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、前記三種類の光束のうち最も長波長である第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、ｔ１〜ｔ３は以下の関係、
   ｔ１≒０．６ｍｍ
   ｔ２≒０．６ｍｍ
   ｔ３≒１．２ｍｍ
   を満たし、
   前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ３、とすると、ＮＡ１〜ＮＡ３は以下の関係、
   ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
   を満たし、
   第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ1、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ2、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ3とすると、以下の式（１）から式（３）、
   -0.02＜ｆ1×Ｍ１＜0.02・・・（１）
   -0.02＜ｆ2×Ｍ２＜0.02・・・（２）
   -0.29＜ｆ3×Ｍ３＜-0.19・・・（３）
   を満たしており、
   さらに、対物レンズの少なくとも１面に回折構造を有し、
   前記第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域において、回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が六次、前記第二の波長の光束が四次、前記第三の波長の光束が三次であり、
   前記対物レンズの回折構造は、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの記録面上に収束させ、かつ前記第三の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
   前記第二の領域の回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が三次、前記第二の波長の光束が二次であり、
   前記対物レンズは、以下の式（４）、
   ｆ1×ＮＡ１ ＞ｆ2×ＮＡ２・・・（４）
   を満たし、さらに、前記対物レンズの回折構造は、前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを収束させる第三の領域を有し、
   前記第三の領域において、前記第一の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、前記第二の領域において前記第一の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置であって、
   対物レンズを備え、
   前記三種類の光束のうち最も短波長である第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第一の波長の光束よりも長い波長を持つ第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、前記三種類の光束のうち最も長波長である第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、ｔ１〜ｔ３は以下の関係、
   ｔ１≒０．６ｍｍ
   ｔ２≒０．６ｍｍ
   ｔ３≒１．２ｍｍ
   を満たし、
   前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ３、とすると、ＮＡ１〜ＮＡ３は以下の関係、
   ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
   を満たし、
   第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ1、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ2、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ3とすると、以下の式（１）から式（３）、
   -0.02＜ｆ1×Ｍ１＜0.02・・・（１）
   -0.02＜ｆ2×Ｍ２＜0.02・・・（２）
   -0.29＜ｆ3×Ｍ３＜-0.19・・・（３）
   を満たしており、
   さらに、対物レンズの少なくとも１面に回折構造を有し、
   前記第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域において、回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が六次、前記第二の波長の光束が四次、前記第三の波長の光束が三次であり、
   前記対物レンズの回折構造は、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの記録面上に収束させ、かつ前記第三の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
   前記第二の領域の回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が三次、前記第二の波長の光束が二次であり、
   前記対物レンズは、以下の式（５）、
   ｆ1×ＮＡ１ ＜ｆ2×ＮＡ２・・・（５）
   を満たし、
   さらに、前記対物レンズの回折構造は、前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを収束させる第三の領域を有し、
   前記第三の領域において、前記第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、前記第二の領域において前記第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なることを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光ピックアップ装置において、
   前記対物レンズの回折構造は、前記第一の領域の少なくとも一部の範囲が、隣接しあう屈折面間の境界において、内側に位置する屈折面を基準とすると、前記第一の波長の光束に対する光路長付加量が略８波長分の段差と、該光路長付加量が略−２波長分の段差を持ち、
   各段差は、交互に配設されることを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の光ピックアップ装置において、
   前記対物レンズの回折構造は、前記第一の領域の少なくとも一部の範囲が、隣接しあう屈折面間の境界において、内側に位置する屈折面を基準とすると、前記第一の波長の光束に対する光路長付加量が略−８波長分の段差と、該光路長付加量が略２波長分の段差を持ち、
   各段差は、交互に配設されることを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ピックアップ装置において、
   前記各光束を照射する光源を有し、
   前記第一の波長をλ１、前記第二の波長をλ２、前記第三の波長をλ３、前記第一の波長λ１に対する前記対物レンズの屈折率をｎ１、前記第二の波長λ２に対する前記対物レンズの屈折率をｎ２、前記第三の波長λ３に対する前記対物レンズの屈折率をｎ３、とすると、以下の式（６）および式（７）、
   λ１／（ｎ１−１）：λ３／（ｎ３−１）≒１：２・・・（６）
   λ１／（ｎ１−１）：λ２／（ｎ２−１）≒３：５・・・（７）
   を共に満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長をもつ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置であって、
   少なくとも１面に回折構造を有し、
   隣接しあう屈折面間の境界において、内側に位置する屈折面を基準とすると、前記第一の波長の光束に対する光路長付加量が略８波長分の段差と、該光路長付加量が略−２波長分の段差を持ち、各段差は交互に配設される回折素子を有することを特徴とする光ピックアップ用装置。
7. 少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長をもつ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置であって、
   少なくとも１面に回折構造を有し、
   隣接しあう屈折面間の境界において、内側に位置する屈折面を基準とすると、前記第一の波長の光束に対する光路長付加量が略−８波長分の段差と、該光路長付加量が略２波長分の段差を持ち、各段差は交互に配設される回折素子を有することを特徴とする光ピックアップ用装置。
8. 少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長をもつ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置であって、
   前記三種類の光束を照射する光源と、
   請求項６または請求項７に記載の回折素子と、
   第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が入射し、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ1、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ2、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ3とすると、以下の式（１）から式（３）、
   -0.02＜ｆ1×Ｍ１＜0.02・・・（１）
   -0.02＜ｆ2×Ｍ２＜0.02・・・（２）
   -0.29＜ｆ3×Ｍ３＜-0.19・・・（３）
   を満たす対物レンズと、
   を有し、
   前記第一の波長をλ１、前記第二の波長をλ２、前記第三の波長をλ３、前記第一の波長λ１に対する前記対物レンズの屈折率をｎ１、前記第二の波長λ２に対する前記対物レンズの屈折率をｎ２、前記第三の波長λ３に対する前記対物レンズの屈折率をｎ３、とすると、以下の式（６）および式（７）、
   λ１／（ｎ１−１）：λ３／（ｎ３−１）≒１：２・・・（６）
   λ１／（ｎ１−１）：λ２／（ｎ２−１）≒３：５・・・（７）
   を共に満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
9. 少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置における対物レンズであって、
   前記三種類の光束のうち最も短波長である第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第一の波長の光束よりも長い波長を持つ第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、前記三種類の光束のうち最も長波長である第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、ｔ１〜ｔ３は以下の関係、
   ｔ１≒０．６ｍｍ
   ｔ２≒０．６ｍｍ
   ｔ３≒１．２ｍｍ
   を満たし、
   前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ３、とすると、ＮＡ１〜ＮＡ３は以下の関係、
   ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
   を満たし、
   第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ1、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ2、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ3とすると、以下の式（１）から式（３）、
   -0.02＜ｆ1×Ｍ１＜0.02・・・（１）
   -0.02＜ｆ2×Ｍ２＜0.02・・・（２）
   -0.29＜ｆ3×Ｍ３＜-0.19・・・（３）
   を満たし、
   さらに、対物レンズの少なくとも１面に回折構造を有し、
   前記第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域において、回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が六次、前記第二の波長の光束が四次、前記第三の波長の光束が三次であり、
   前記回折構造は、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの記録面上に収束させ、かつ前記第三の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
   前記第二の領域の回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が三次、前記第二の波長の光束が二次であり、
   以下の式（４）、
   ｆ1×ＮＡ１ ＞ｆ2×ＮＡ２・・・（４）
   を満たし、さらに、前記回折構造は、前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを収束させる第三の領域を有し、
   前記第三の領域において、前記第一の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、前記第二の領域において前記第一の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なることを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
10. 少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置における対物レンズであって、
    前記三種類の光束のうち最も短波長である第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第一の波長の光束よりも長い波長を持つ第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、前記三種類の光束のうち最も長波長である第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、ｔ１〜ｔ３は以下の関係、
    ｔ１≒０．６ｍｍ
    ｔ２≒０．６ｍｍ
    ｔ３≒１．２ｍｍ
    を満たし、
    前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ３、とすると、ＮＡ１〜ＮＡ３は以下の関係、
    ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
    を満たし、
    第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ1、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ2、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ3とすると、以下の式（１）から式（３）、
    -0.02＜ｆ1×Ｍ１＜0.02・・・（１）
    -0.02＜ｆ2×Ｍ２＜0.02・・・（２）
    -0.29＜ｆ3×Ｍ３＜-0.19・・・（３）
    を満たし、
    さらに、対物レンズの少なくとも１面に回折構造を有し、
    前記第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域において、回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が六次、前記第二の波長の光束が四次、前記第三の波長の光束が三次であり、
    前記回折構造は、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの記録面上に収束させ、かつ前記第三の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
    前記第二の領域の回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が三次、前記第二の波長の光束が二次であり、
    以下の式（５）、
    ｆ1×ＮＡ１ ＜ｆ2×ＮＡ２・・・（５）
    を満たし、
    さらに、前記回折構造は、前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを収束させる第三の領域を有し、
    前記第三の領域において、前記第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、前記第二の領域において前記第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なることを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
11. 請求項９または請求項１０に記載の光ピックアップ用対物レンズにおいて、前記第一の領域の少なくとも一部の範囲は、隣接しあう屈折面間の境界において、内側に位置する屈折面を基準とすると、前記第一の波長の光束に対する光路長付加量が略８波長分の段差と、該光路長付加量が略−２波長分の段差を持ち、
    各段差は、交互に配設されることを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
12. 請求項９または請求項１０に記載の光ピックアップ用対物レンズにおいて、前記第一の領域の少なくとも一部の範囲は、隣接しあう屈折面間の境界において、内側に位置する屈折面を基準とすると、前記第一の波長の光束に対する光路長付加量が略−８波長分の段差と、該光路長付加量が略２波長分の段差を持ち、
    各段差は、交互に配設されることを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。

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