光情報記録再生装置用対物レンズ
【課題】 複数の光束を使用して各光ディスクに対する情報の記録等を行った時でも、各光ディスクの記録面上で球面収差を抑えるとともに、トラッキング時にも収差の発生を抑える対物レンズを提供すること。
【解決手段】 対物レンズは、各光束が平行光束であり、少なくとも一方の面に複数の同心円状の屈折面で構成された位相シフト構造を有し、該構造は、第三の光ディスク使用時に第三の光束の収束に寄与する第一領域を有し、該領域における輪帯間の段差は、第一の光束に対して絶対値の異なる少なくとも二種類の光路長変化量を付与し、その各絶対値は、第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）倍で表され、各光路長変化量のうち少なくとも一つは、ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１で表され、かつ第三の波長の光束における最大回折次数が（ｋ＋１）次であり、ΔＡは、以下の条件（１）、
０．０００≦ΔＡ≦０．３８４・・・（１）
を満たす構成にした。
【解決手段】 対物レンズは、各光束が平行光束であり、少なくとも一方の面に複数の同心円状の屈折面で構成された位相シフト構造を有し、該構造は、第三の光ディスク使用時に第三の光束の収束に寄与する第一領域を有し、該領域における輪帯間の段差は、第一の光束に対して絶対値の異なる少なくとも二種類の光路長変化量を付与し、その各絶対値は、第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）倍で表され、各光路長変化量のうち少なくとも一つは、ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１で表され、かつ第三の波長の光束における最大回折次数が（ｋ＋１）次であり、ΔＡは、以下の条件（１）、
０．０００≦ΔＡ≦０．３８４・・・（１）
を満たす構成にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、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情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置といった波長が各々異なる複数種類の光を使用する装置に搭載される対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクには、従来、ＣＤやＤＶＤといった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。また近年、情報記録のさらなる高容量化を実現すべく、ＤＶＤよりも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。該新規格の光ディスクとしては、例えばＨＤ ＤＶＤやＢＤ(Blu-ray Disc)等がある。このような新規格の光ディスクは、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。このように規格の異なる複数の光ディスクが存在するためユーザの利便性に鑑み、近年、光情報記録再生装置、より厳密には装置内に設けられる対物光学系は、上記の三種類の光ディスクに対して互換性を持つことが要求される。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、互換性を持つとは、使用する光ディスクを切り替えたとしても部品を交換したりすることなく情報の記録または再生が保証されることをいう。
【０００３】
装置が規格の異なる複数の光ディスクに対して互換性を持つためには、まず、規格が異なる光ディスクの切り替え時に、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。一般にスポット径は波長が短いほど小さい。そこで従来、記録密度に応じて、光情報記録再生装置では、複数の波長のレーザー光が使用される。例えば、ＤＶＤ使用時には、ＣＤ使用時に用いられる約７９０ｎｍより短い約６６０ｎｍの波長のレーザー光が用いられる。また、該新規格の光ディスク使用時には、その記録密度の高さからＤＶＤに対する情報の記録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（例えば４０８ｎｍあたりのいわゆる青色レーザー光）が用いられる。
【０００４】
次いで、各々の光ディスクに対して、良好な状態で各光ディスクの記録面位置に収束させる一つの手段として、対物光学系を構成する１または複数の光学素子（例えば対物レンズ）における任意の一面に輪帯状の微細な段差を有する輪帯構造を設け、該輪帯構造の作用によって、異なる波長の光を各々対応する光ディスクの記録面において良好に収束させる技術が実用化されている。
【０００５】
また、上記光学素子は、光源の個体差や温度変化等の環境変化によって、使用するレーザー光の波長が設計波長からずれることにより生じる球面収差も補正するような作用を持つことが好ましい。なお設計波長とは、各光ディスクに対する情報の記録または再生に最適とされる各レーザー光の波長を意味する。
【０００６】
上記のように、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ ＤＶＤのように三種類の光ディスクに対して互換性を持つ対物レンズとしては、例えば以下の特許文献１に提案される。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３６２６２６号公報
【０００８】
特許文献１に記載の対物レンズは、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して互換性を持たせるために、波長の異なる３種類の光束のうち、２つの波長の光束に対しては輪帯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コントロールすることにより球面収差を補正している。
【０００９】
ここで、情報の記録または再生を行う際に高いＮＡが要求される、ＨＤ ＤＶＤやＤＶＤを使用する時は、収差に対する許容度が低いとされる。そのため、上記特許文献１では、上記の比較的記録密度が高いＨＤ ＤＶＤやＤＶＤに対する情報の記録または再生時には、対物レンズに略平行光束が入射するような構成にしている。そして、情報の記録または再生を行う際にそれほど高いＮＡを要求されないＣＤを使用する時は、対物レンズに発散光が入射するような構成にしている。これにより、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して互換性を持つ対物レンズを提供している。
【００１０】
しかし、対物レンズに発散光が入射する場合、トラッキング時にコマ収差等の収差が発生してしまう。そのため、たとえ収差に対する許容度が低いＣＤ等の光ディスク使用時であっても、これらの収差を良好に抑えることができる対物レンズが要望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑み、波長が異なる複数種類の光束を使用して規格の異なる三種類の光ディスクのいずれに対する情報の記録または再生を行った時であっても、各光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とともに、トラッキング時にも収差の発生を抑えることができる、光情報記録再生装置用の対物レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の光情報記録再生装置用対物レンズは、記録密度の異なる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略平行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情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、第一から第三の波長のうち最も波長が短い第一の波長をλ１、前記第一の波長より長い第二の波長をλ２、最も長い第三の波長をλ３とすると、
λ１＜λ２＜λ３
１．９＜λ３／λ１＜２．１
であり、
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、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、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≦ｔ２＜ｔ３
であり、
第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数を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に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、少なくとも一方の面に、複数の同心円状の屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、位相シフト構造は、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する第一領域を有し、第一領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、第一の波長の光束に対して絶対値が異なる少なくとも二種類の光路長変化量を付与する段差を有し、当該少なくとも二種類の光路長変化量の各絶対値は、第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）倍（但し、ｉＡ、ｉＢは自然数、かつｉＡ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＡ＜０．５、−０．５＜ΔＢ＜０．５）で表され、さらに、ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１（但し、ｋは自然数）で表され、かつ前記第三の波長の光束において回折効率が最大となる回折次数が（ｋ＋１）次であり、ΔＡは以下の条件（１）、
０．０００≦ΔＡ≦０．３８４・・・（１）
を満たすことを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、上記第一の領域の段差で付与する光路長変化量のうち、少なくとも一種類の光路長変化量ｉＡを奇数値であるように構成することにより、規格の異なる三種類の光ディスクに対する高い互換性を持たせることができる。しかも各光ディスクのいずれを使用する場合でも略平行光束を使用するため、トラッキングシフト時に収差の発生を抑えることができ、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。
【００１４】
さらにｉＡは、以下の条件（２）より好ましくは条件（３）を満たすことが望ましい。
０．０２０≦ΔＡ≦０．３２４・・・（２）（請求項２）
０．０２０≦ΔＡ≦０．２５８・・・（３）（請求項３）
【００１５】
さらにｉＡは、以下の条件（４）を満たすことが望ましい。
０．０２０≦ΔＡ≦０．１７８・・・（４）（請求項４）
これにより、記録密度の最も高い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第一の波長の光束の利用効率を非常に高く設定することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の光情報記録再生装置用対物レンズは、記録密度の異なる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略平行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情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、第一から第三の波長のうち最も短い第一の波長をλ１、前記第一の波長より長い第二の波長λ２、最も長い第三の波長をλ３とすると、
λ１＜λ２＜λ３
１．９＜λ３／λ１＜２．１
であり、
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、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、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≦ｔ２＜ｔ３
であり、
第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数を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に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
少なくとも一方の面に、複数の同心円状の屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、位相シフト構造は、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する第一領域を有し、該第一領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において第一の波長の光束に対して絶対値が異なる少なくとも二種類の光路長変化量を付与する段差を有し、少なくとも二種類の光路長変化量は、第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）（但し、ｉＡ、ｉＢは自然数、かつ、ｉＡ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＡ＜０．５、−０．５＜ΔＢ＜０．５）で表され、ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１（但し、ｋは自然数）で表され、かつ前記第三の波長の光束において回折効率が最大となる回折次数がｋ次であり、ΔＡは以下の条件（５）、
−０．３８４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（５）
を満たすことを特徴とする。
【００１７】
さらにΔＡは、以下の条件（６）より好ましくは条件（７）を満たすことが望ましい。
−０．３２４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（６）（請求項６）
−０．２５８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（７）（請求項７）
【００１８】
さらにΔＡは、以下の条件（８）を満たすことが望ましい。
−０．１７８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（８）（請求項８）
【００１９】
例えば、第一領域の段差が付与する光路長付加量の種類が二種類である場合、各段差のｉＡとｉＢの組み合わせは、３と２（請求項９）あるいは５と２（請求項１０）が好適である。また、第一領域の段差が付与する光路長付加量の種類が三種類である場合、各段差のｉＡ、ｉＢ、ｉＣの組み合わせは、３、２、８（請求項１１）、または、３、２、１０（請求項１２）、または、５、２、８（請求項１３）、または、５、２、１０（請求項１４）が好適である。
【００２０】
また、本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは単レンズとして構成される（請求項１５）。
【００２１】
請求項１６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、位相シフト構造は、第一領域の外側に、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し、かつ第三の波長の光束の収束には寄与しない第二領域を有し、第二領域における互いに隣り合う屈折面の境界において、第一の光束に対して少なくとも一種類の光路長変化量を付与する段差を有し、一種類の光路長変化量の絶対値が、第一領域における少なくとも一種類の光路長変化量の絶対値とは異なる。
【００２２】
また、請求項１７に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、以下の条件（９）が成立する場合、上記位相シフト構造には、第二領域の外側に、第二の波長の光束のみ収束し、第一および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三領域を設けることが望ましい。該第三領域においては、互いに隣り合う屈折面の境界において、第二の光束に対して、少なくとも一種類の光路長変化量を有する段差を有し、該光路長変化量の絶対値が、第二領域における光路長変化量の絶対値と異なる。
f1×NA1＜f2×NA2・・・（９）
但し、ｆ１は、第一の光ディスク使用時における焦点距離を、
ｆ２は、第二の光ディスク使用時における焦点距離を、それぞれ表す。
【００２３】
また、請求項１８に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、以下の条件（１０）が成立する場合、上記位相シフト構造には、第二領域の外側に、第一の波長の光束のみ収束し、第二および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三領域を設けることが望ましい。該第三領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、第一の光束に対して、少なくとも一種類の光路長変化量を有する段差を有し、該光路長変化量の絶対値が、第二領域における光路長変化量の絶対値と異なる。
f1×NA1＞f2×NA2・・・（１０）
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、少なくとも一面に所定の位相シフト構造を形成することにより、各光ディスクの記録面上で発生する収差を良好に抑えている。また本発明によれば、どの光ディスクを使用する場合にも略平行光束が用いられる。これにより、既存の光ディスクおよび新規格の光ディスクのいずれを使用した場合であっても、球面収差のみならずトラッキングシフト時に発生する収差を良好に抑えることができる。すなわち、記録密度の異なる三種類の光ディスクの記録面上において良好なスポットを形成可能な光情報記録再生用対物レンズおよび該対物レンズを搭載する光情報記録再生装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態の対物レンズについて説明する。本実施形態の対物レンズは、光情報記録再生装置に搭載され、保護層厚、記録密度等といった規格がそれぞれ異なる三種類の光ディスクについて互換性を有している。
【００２６】
以下では説明の便宜上、上記三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（例えばＨＤ ＤＶＤやＢＤ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。
【００２７】
各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層厚をそれぞれｔ１〜ｔ３とすると、各保護層厚には、以下のような関係がある。
ｔ１≦ｔ２＜ｔ３
【００２８】
また、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最適な設計開口数を、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＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
【００２９】
つまり、記録密度の高い第一の光ディスクＤ１および第二の光ディスク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。これに対し、最も記録密度の低い第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時には、必要とされるＮＡは比較的小さい。なお、どの光ディスクも、情報の記録または再生時には、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。
【００３０】
上記のように記録密度が異なる各光ディスクＤ１〜Ｄ３を使用する場合、各記録密度に対応したビームスポットが得られるように、光情報記録再生装置内において、それぞれ異なる波長のレーザー光が用いられる。具体的には、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は、最も小径のビームスポットを第一の光ディスクＤ１の記録面上において形成するために、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）を光源から照射する。また、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は、最も大きな径のビームスポットを第三の光ディスクＤ３の記録面上において形成するために、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）を光源から照射する。そして第二の光ディスク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）を光源から照射する。なお、第一の波長をλ１、第三の波長をλ３とすると、両者には、
１．９＜λ３／λ１＜２．１
という関係がある。
【００３１】
図１は、本実施形態の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００の概略構成を表す模式図である。光情報記録再生装置１００は、第一のレーザー光を照射する光源１Ａ、第二のレーザー光を照射する光源２Ａ、第三のレーザー光を照射する光源３Ａ、カップリングレンズ１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、ビームスプリッタ４１、４２、ハーフミラー４３、受光部４４を有する。なお、光情報記録再生装置１００では、上記の各光ディスク使用時に必要とされるＮＡが各々異なることに対応する必要がある。そのため、光情報記録再生装置１００では、図示しないが、光源３Ａ〜対物レンズ１０間に第三のレーザー光の光束径を規定する開口制限素子が配設されていてもよい。
【００３２】
図１に示すように、各光源１Ａ〜３Ａから照射された第一〜第三の各レーザー光束は、各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂにより平行光束に変換される。つまり本実施形態では、各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂは、コリメートレンズとして機能する。各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂを透過した各レーザー光束は、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１０に入射する。対物レンズ１０を透過した各光束は、情報の記録または再生の対象となる各光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面近傍に収束する。記録面で反射した各レーザー光は、ハーフミラー４３で偏向され、受光部４４により検出される。
【００３３】
上記のように、対物レンズ１０に入射する各レーザー光を平行光束にすることにより、対物レンズ１０をトラッキング時におけるコマ収差等の収差の発生を抑えることができる。
【００３４】
なお、厳密には、各光源１Ａ〜３Ａの個体差や設置位置、さらには光情報記録再生装置１００のおかれた環境の変化等の理由によって、各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂから射出される光束は必ずしも平行光束にはならない場合もある。しかし、上記の理由による光束の発散角は、非常に小さいため、トラッキングシフト時に生じる収差も小さい。よって、実使用上問題ないと言える。
【００３５】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、対物レンズ１０および各光ディスクＤ１〜Ｄ３を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示した図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）において、光情報記録再生装置１００の基準軸ＡＸは、図中一点鎖線で表示されている。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す状態では、対物レンズの光軸は光学系の基準軸ＡＸ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ＡＸから外れる状態もある。
【００３６】
対物レンズ１０は、光源側から順に第一面１１と第二面１２を有する。対物レンズ１０は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように各面１１、１２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。非球面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該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Ａ２ｉ（但し、ｉは１以上の整数）として、以下の式で表される。
【数１】
【００３７】
また各光ディスクＤ１〜Ｄ３は、それぞれ保護層２１、記録面２２を有する。なお、実際の光ディスクＤ１〜Ｄ３において、記録面２２は、保護層２１と図示しないレーベル層によって挟持されている。
【００３８】
光情報記録再生装置１００のように、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時には異なる波長のレーザー光を用いる場合、各光ディスク使用時によって、対物レンズの屈折率の変化や、各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層２１の厚さの違いに起因して、球面収差が変化する。
【００３９】
従って、三種類の光ディスクＤ１〜Ｄ３をそれぞれ使用する時に発生する球面収差を補正して各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する互換性を持たせるために、本実施形態の対物レンズ１０には、三種類の光束に影響を与える回折作用を持つ位相シフト構造が第一面１１に設けられている。第一面１１に設けられた位相シフト構造は、光軸ＡＸを中心とした同心円状の複数の屈折面と各屈折面間に形成される複数の微小な段差からなる。
【００４０】
本実施形態の位相シフト構造は、第一から第三の各レーザー光で使用波長の違いによる球面収差をそれぞれ略０になるようにコントロールする回折作用を持つ。該回折作用は、対物レンズ１０を透過した各レーザー光が、対応する光ディスクの記録面２２上において、球面収差が良好に抑えられ、情報の記録または再生に好適なスポットを形成できるような回折作用、つまり三波長互換作用といえる。
【００４１】
以上のような位相シフト構造を持つ対物レンズ１０は、例えば以下のように設計される。まず、第一から第三の各レーザー光束における回折効率が最大となる回折次数の比率が互いに異なる少なくとも二種類の光路差関数、例えば第一の光路差関数と第二の光路差関数を算出する。
【００４２】
なお、光路差関数は、対物レンズ１０の回折レンズとしての機能を光軸からの高さｈにおける光路長付加量の形で表現される。光路差関数をφ（ｈ）とすると、該φ（ｈ）は、以下の式によって表される。
【００４３】
【数２】
【００４４】
光路差関数φ（ｈ）において、Ｐ２ｉ（但し、ｉは１以上の整数）はそれぞれ二次、四次、六次、…の係数である。ｍは使用するレーザー光の回折効率が最大となる回折次数を、λは使用するレーザー光の設計波長を、それぞれ表す。
【００４５】
次いで、算出された各光路差関数を重ね合わせることにより、上記位相シフト構造の形状を求める。なお、ここで、比率が異なる、とは、使用する光束のうち少なくとも一つの光束における回折効率が最大となる回折次数が異なっていれば足りる。従って、例えば、使用する光束が三種類ある場合に、第一の光路差関数における比率が３：２：２、第二の光路差関数における比率が３：２：１であれば比率が異なるといえる。また、各光路差関数における次数の組み合わせは異なるものの回折次数の比率が同一であるケース、例えば第一の光路差関数における比率が２：１：１、第二の光路差関数における比率が４：２：２である場合、各光路差関数により付与される回折作用は同一である。従って、本発明においては、次数の組み合わせが異なることではなく、回折次数の比率が異なることを各光路差関数を定める要件としている。
【００４６】
上記のように、互いに異なる二つの光路差関数に基づき求められた位相シフト構造に形成される段差は、第一のレーザー光に対して光路長変化量の絶対値が異なる二種類の光路長変化をもたらす。なお、光路長変化量の絶対値が異なる、と記載したのは、対物レンズ１０から各光ディスクに向かう方向の光路長変化量を正、逆方向を負と定義した場合、正負の符号の不一致を光路長変化量が異なるとは言わないことを明確にしたものである。ここで、二種類の光路長変化量（単位：λ）は、第一のレーザー光一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）倍として定義される。但し、ｉＡ、ｉＢは互いに異なる自然数であり、特にｉＡは２ｋ＋１（ｋは自然数）で表される。なおΔＡとΔＢはそれぞれ、−０．５＜ΔＡ＜０．５、−０．５＜ΔＢ＜０．５の範囲で規定される。またΔＡは、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数を（ｋ＋１）次に設定すると、以下の条件（１）を満たし、該回折次数をｋ次に設定すると、以下の条件（５）を満たす。
０．０００≦ΔＡ≦０．３８４・・・（１）
−０．３８４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（５）
【００４７】
条件（１）の上限を超えるあるいは条件（５）の下限を越えると、第三のレーザー光の光利用効率をさらに高くすることができるものの、特に第一のレーザー光の光利用効率が低くなるため好ましくない。また、条件（１）の下限を越えるあるいは条件（５）の上限を超えると、特に第三のレーザー光の光利用効率が低下するため好ましくない。
【００４８】
図３は、第一面１１に設けられた位相シフト構造の拡大図である。図３において、ｊは、位相シフト構造における光軸ＡＸからｊ番目の屈折面を示す。また、二点鎖線で示すｈｊは第ｊ屈折面と第（ｊ−１）屈折面間に形成された段差ｓの位置、換言すれば第ｊ屈折面と第（ｊ−１）屈折面の境界位置を示す。ここで、光路長変化量とは、図３に示すように、第（ｊ−１）屈折面の形状を光軸から離れる方向に延長させた仮想上の延長面（Ａ−Ａ'面）の境界位置ｈｊで屈折した場合に得られる像面までで評価した時の光路長と、第ｊ屈折面の形状を光軸に向かう方向に延長させた仮想上の延長面（Ｂ−Ｂ'面）の境界位置ｈｊで屈折した場合に得られる像面までで評価した時の光路長の差を意味する。
【００４９】
なお、図３に示すように、実際の位相シフト構造は、形成時に各屈折面の境界位置近傍（エッジ）がだれて丸みを帯びることがある。しかし、このようなエッジの形状の変化は、実使用上何ら問題はない。
【００５０】
図４〜図７は、ｉＡ、ｉＢ、…（便宜上、まとめてｉと記す）とΔＡ、ΔＢ、…（便宜上、まとめてΔと記す）を様々に設定した場合、対物レンズ１０から射出される第一から第三の各レーザー光の光利用効率について示すグラフである。図４は、ｉ＝２つまり第一のレーザー光の二次回折光、第二、第三の各レーザー光の一次回折光の光利用効率を示すグラフである。図５は、ｉ＝３つまり第一のレーザー光の三次回折光、第二レーザー光の二次回折光、第三レーザー光の二次回折光および一次回折光の光利用効率を示すグラフである。図６は、ｉ＝５つまり第一のレーザー光の五次回折光、第二レーザー光の三次回折光、第三レーザー光の三次回折光および二次回折光の光利用効率を示すグラフである。図７がｉ＝１０つまり第一のレーザー光の十次回折光、第二のレーザー光の六次回折光、第三のレーザー光の五次回折光の光利用効率を示すグラフである。
【００５１】
なお、各グラフにおいて、縦軸が光利用効率を、横軸がΔを、それぞれ示す。また、各グラフにおいて、実線が設計波長を４０８ｎｍと想定した第一のレーザー光、破線が設計波長を６６０ｎｍと想定した第二のレーザー光、一点鎖線（および二点鎖線）が設計波長を７９０ｎｍと想定した第三のレーザー光を、それぞれ示す。
【００５２】
図４〜図７に示すように、Δの値が０に近づけば近づくほど、第一のレーザー光のｉ次回折光の光利用効率がより高くなる。Δを０に設定すれば、第一のレーザー光のｉ次回折光の光利用効率は略１００％になる。
【００５３】
これに対し、他のレーザー光は、必ずしもΔを０に近づければ高い光利用効率が得られるとは限らない。一般に第一の光ディスクＤ１に対する情報の記録または再生時には、他の光ディスク使用時に比べ、より多くの光量が要求される。そのため、第一のレーザー光の光利用効率を高く維持しつつも、第二および第三のレーザー光においても、できるだけ高い光利用効率であることがより好ましい。
【００５４】
よって、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数を（ｋ＋１）次に設定すると、ΔＡは、少なくとも上記の条件（１）、さらには、以下の条件（２）〜（４）の少なくとも一つを満たすように設定される。
０．０２０≦ΔＡ≦０．３２４・・・（２）
０．０２０≦ΔＡ≦０．２５８・・・（３）
０．０２０≦ΔＡ≦０．１７８・・・（４）
【００５５】
また、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数をｋ次に設定すると、ΔＡは、少なくとも上記の条件（５）、さらには、以下の条件（６）〜（８）の少なくとも一つを満たすように設定される。
−０．３２４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（６）
−０．２５８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（７）
−０．１７８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（８）
【００５６】
ΔＡが上記の条件（１）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率が最低限約６０％確保することができる。特に、図５や図６に示すようにｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１で表されるように奇数値を採る場合、第三のレーザー光は、光利用効率が約４０％の異なる回折次数光が２種類発生する。そこで、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数を（ｋ＋１）次に、ΔＡを条件（１）の範囲内に、それぞれ設定することにより、第三のレーザー光の光利用効率を最低限約５０％確保することができる。さらに、ｉ＝３に設定すれば、第二のレーザー光の光利用効率が略１００％になっていることが分かる。
【００５７】
ΔＡが条件（２）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約７０％確保することができる。
【００５８】
ΔＡが条件（３）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約８０％確保することができる。
【００５９】
ΔＡが条件（４）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約９０％確保することができる。
【００６０】
また、ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１で表される場合に、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数をｋ次に、ΔＡを条件（５）の範囲内に、それぞれ設定することにより、第三のレーザー光の光利用効率を最低限約５０％確保することができる。
【００６１】
ΔＡが条件（６）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約７０％確保することができる。
【００６２】
ΔＡが条件（７）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約８０％確保することができる。
【００６３】
ΔＡが条件（８）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約９０％確保することができる。
【００６４】
また、位相シフト構造に三波長互換作用を付与するため、二種類の光路長変化量のいずれか一方の光路長変化量ｉＡを奇数値に設定する。これにより、第一のレーザー光の光利用効率を高く維持しつつも、第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を良好に補正することができる。そして、他方の光路長変化量ｉＢを偶数値にすることにより、特に第一のレーザー光と第三のレーザー光の光利用効率を共に高めることが可能になる。つまり、位相シフト構造には、三波長互換作用が付与される。詳しくは、対物レンズ１０は、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対応する設計波長の平行光束が入射すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面２２上において球面収差を抑えて情報の記録または再生に好適なビームスポットを形成することができる。
【００６５】
上記の三波長互換作用は、第一の光路差関数と第二の光路差関数が相互に作用し合って得られるものであり、例えば、一方の光路差関数が特定の二種類のレーザー光に関する互換作用を与えるというものではない。
【００６６】
なお、本実施形態の対物レンズ１０には、第一のレーザー光に対する光路長変化量が上記二種類の光路長変化量の和または差として現れる段差（以下、便宜上、特殊段差という）が形成される場合もある。
【００６７】
また、例えば第一の光ディスクＤ１使用時に用いられるレーザー光が、光源の個体差や経時変化等によって、該光ディスクＤ１に関する設計波長である第一の波長から微小に変化することが想定される。他の光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時においても同様である。このように、使用するレーザー光の波長が設計波長からずれると球面収差が生じてしまう。
【００６８】
そこで、本実施形態の対物レンズ１０では、第一面１１に設けられる位相シフト構造に、温度変化や個体差に起因して各光ディスク使用時に用いられる光束の波長が設計波長から微小にずれることによる球面収差を抑える回折作用も付与することができる。該回折作用は、対物レンズ１０に入射する各レーザー光の波長が設計波長からずれた場合であっても、該波長ずれの影響を受けることなく、対応する光ディスクの記録面２２上において情報の記録または再生に好適なスポットが形成されるような回折作用、つまり波長ずれ補償作用である。
【００６９】
位相シフト構造に波長の微小にずれることによる球面収差を抑える回折作用も付与する場合、位相シフト構造の設計自由度をさらに高める必要がある。そのために、さらに上記の第一、第二の光路差関数に加えて、第三の光路差関数も算出し、三種類の光路差関数を重ね合わせることにより、三波長互換作用と波長ずれ補償作用を兼ね備える位相シフト構造の形状を求める。従って、形成される段差により第一のレーザー光に付与される光路長変化量は、三種類になる。なお、ここで、三波長互換作用と波長ずれ補償作用は、第一から第三の各光路差関数が互いに作用し合って得られるものであり、いずれかの光路差関数が特定の作用にのみ寄与するというものではない。
【００７０】
三種類目の光路長変化量（単位：λ）は、第一のレーザー光一波長分の（ｉＣ＋ΔＣ）倍、として定義される。但し、ｉＣは、ｉＡ、ｉＢとは異なる自然数である。またΔＣは、−０．５＜ΔＣ＜０．５の範囲で規定される。
【００７１】
以上説明した位相シフト構造は、必ずしも第一面１１の全域に設ける必要はなく、光軸を含む最も内側の領域であってかつ第三のレーザー光の収束に寄与する領域、つまりいずれのレーザー光の収束にも寄与する領域（以下、第一領域という）に設けられていればよい。
【００７２】
本実施形態の対物レンズ１０は、情報の記録または再生に必要なＮＡを確保するための有効光束径の違いから、第一領域の外側に第二領域を、場合によっては第二領域の外側にさらに第三領域を設けている。
【００７３】
第二領域の位相シフト構造は、一般に第三のレーザー光よりも有効光束径が大きいとされる第一および第二のレーザー光を、対応する光ディスクＤ１、Ｄ２の記録面２２に良好に収束させるための二波長互換作用を持つ。また、第二領域の位相シフト構造は、必要に応じて第一のレーザー光と第二のレーザー光に対する波長ずれ補償作用も持つ。第二領域の位相シフト構造に該波長ずれ補償作用も付与する場合には、上記第一領域と同様に二種類の光路差関数を算出し重ね合わせることにより、位相シフト構造を形成する。
【００７４】
第二領域の位相シフト構造は、第三のレーザー光の収束に寄与しないような段差を有する。つまり、第二領域の段差における光路長変化量のうち少なくとも一種類は、第一領域における少なくとも一種類の光路長変化量とは異なる。
【００７５】
なお、二種類の光路差関数を用いて第二領域の位相シフト構造を形成した場合、該第二領域にも特殊段差が形成されることがある。
【００７６】
第三領域は、対物レンズ１０の第一面１１における第一のレーザー光の入射光束径と、第二のレーザー光の有効光束径が異なる場合に設けられる。
【００７７】
まず、第一の光ディスクＤ１使用時の焦点距離をｆ１、第二の光ディスクＤ２使用時の焦点距離をｆ２としたとき、以下の条件（９）、
f1×NA1＜f2×NA2・・・（９）
が成立する場合、つまり、第二のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径が、第一のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径より大きい場合、第二のレーザー光が第二の光ディスクＤ２の記録面上において略無収差で良好に収束するような位相シフト構造を有する第三領域が第一面１１に形成される。条件（９）が成立する場合に形成される第三領域は、第二領域とは異なり、第一のレーザー光の収束には寄与しない。つまり、条件（９）が成立するときに形成される第三領域は、第一のレーザー光に対する開口制限機能を有する。そのため、該位相シフト構造は、第二のレーザー光について互いに隣り合う屈折面の境界において付与される光路長変化量が、第二領域における第二のレーザー光についての光路長変化量とは異なるように設計される。該設計時には、第三領域は、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。
【００７８】
また以下の条件（１０）、
f1×NA1＞f2×NA2・・・（１０）
が成立する場合、つまり、第一のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径が、第二のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径より大きい場合、第一のレーザー光が第一の光ディスクＤ１の記録面上において略無収差で良好に収束するような位相シフト構造を有する第三領域が第一面１１に形成される。条件（１０）が成立する場合に形成される第三領域は、第二領域とは異なり、第二のレーザー光の収束には寄与しない。つまり、条件（１０）が成立するときに形成される第三領域は、第二のレーザー光に対する開口制限機能を有する。そのため、該構造は、第一のレーザー光について互いに隣り合う屈折面の境界において付与される光路長変化量が、第二領域における第一のレーザー光についての光路長変化量とは異なるように設計される。該設計時には、第三領域は、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。
【００７９】
以上説明した第一実施形態の設計方法により設計された対物レンズ１０を対物光学系として用いた光情報記録再生装置１００の具体的な実施例を６例（実施例１〜６）示す。実施例１〜５は、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数を（ｋ＋１）次に設定した構成例である。実施例６は、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数をｋ次に設定した構成例である。
【００８０】
各実施例１〜６の対物レンズ１０を搭載する光情報記録再生装置１００は、図１、および図２（Ａ）〜（Ｃ）に示される。なお、実施例１、実施例２、実施例４および実施例６に関しては、第三の光ディスクＤ３使用時は、情報の記録または再生に好適な開口数を得るために図示しない開口制限素子を用いて光束径を規定している。そのため、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第三の光ディスクＤ３使用時は、第一、第二の光ディスクＤ１、Ｄ２使用時に比べて有効光束径が小さくなる。
【００８１】
各実施例のうち、三種類の光ディスクに対する互換性を有する光情報記録再生装置１００の実施例において使用される光ディスクは、保護層厚０．６ｍｍの最も記録密度の高い第一の光ディスクＤ１、保護層厚０．６ｍｍであり第一の光ディスクＤ１よりは記録密度の低い第二の光ディスクＤ２、保護層厚１．２ｍｍの最も記録密度の低い第三の光ディスクＤ３を想定する。
【実施例１】
【００８２】
実施例１の対物レンズ１０は、二種類の光路長変化量を与える位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例１の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表１に示されている。
【００８３】
【表１】
【００８４】
表１中、倍率の値が示すように、実施例１では、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時であっても、レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表１に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表２〜表４に示される。但し、表２〜表４では、説明の便宜上、光源と対物レンズの間に配設される部材に関する数値構成を省略している。以下に示す各実施例の具体的数値構成においても同様である。
【００８５】
【表２】
【表３】
【表４】
【００８６】
表２〜表４中、面番号０は光源１Ａ〜３Ａ、面番号１は対物レンズ１０の第一面１１、面番号２は対物レンズ１０の第二面１２、面番号３と４はそれぞれ各光ディスクＤ１〜Ｄ３における保護層２１と記録面２２、をそれぞれ表す。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。後述する実施例２および実施例３における各表においても同様である。
【００８７】
対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）は、非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表５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。
【００８８】
【表５】
【００８９】
また実施例１の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための第一の光路差関数および第二の光路差関数における係数Ｐ２ｉは表６に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表７に示される。表７や図３〜６に示すように、ｉすなわち、第一のレーザー光の回折効率が最大になる回折次数と、他の各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数は異なる。また、本実施例１および後に示す実施例２〜５において、第三のレーザー光において回折効率が最大になる回折次数ｍは（ｋ＋１）で表される。
【００９０】
【表６】
【表７】
【００９１】
実施例１の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表８に示される。表８は、実施例１の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯（上記の屈折面に相当）の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯を透過することにより与えられる光路長変化量を示した表である。各輪帯の範囲は、光軸ＡＸからの高さｈｍｉｎ〜ｈｍａｘで表している。
【００９２】
【表８】
【００９３】
表８に示すように、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、−３または−２波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝３、ｉＢ＝２で、ΔＡ＝ΔＢ＝０である。なお、輪帯番号１７、１８の各輪帯間および輪帯番号２４、２５の各輪帯間に形成される段差は、光路長変化量が−５波長分、つまり二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【００９４】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図８（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図８（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図８（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。各収差図において、各レーザー光が設計波長であるときの球面収差を実線で示す。また各収差図では、各レーザー光の波長が該設計波長から＋５ｎｍずれたときの球面収差を破線で示している。以下の各実施例で示す収差図においても同様である。
【００９５】
図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例１の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。さらに、該レーザー光が設計波長からずれたことによる球面収差の変化も実使用上支障がない程度に抑えていることが分かる。なお、該レーザー光が設計波長からずれたことによる収束位置の光軸方向のずれは図示しないアクチュエータ等を用いて対物レンズ１０を光軸ＡＸ方向に駆動することにより補正可能である。このアクチュエータ等を用いた補正は以下の各実施例においても同様に適用される。
【実施例２】
【００９６】
実施例２の対物レンズ１０は、三種類の光路長変化量を与える位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例２の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表９に示されている。
【００９７】
【表９】
【００９８】
表９中、倍率の値が示すように、実施例２でも、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表９に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表１０〜表１２に示される。
【００９９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【０１００】
対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）は、実施例１と同様に非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表１３に示される。
【０１０１】
【表１３】
【０１０２】
また実施例２の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための第一から第三の光路差関数における係数Ｐ２ｉは表１４に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表１５に示される。
【０１０３】
【表１４】
【表１５】
【０１０４】
実施例２の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表１６に示される。表１６は、実施例２の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯間の段差を透過することにより与えられる光路長変化量を示した表である。
【０１０５】
【表１６】
【０１０６】
表１６に示すように、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、−３、−２または１０波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝３、ｉＢ＝２、ｉＣ＝１０で、ΔＡ＝ΔＢ＝Δｃ＝０である。なお、輪帯番号２２、２３の各輪帯間、輪帯番号２６、２７の各輪帯間、輪帯番号２８、２９の各輪帯間、輪帯番号３１、３２の各輪帯間それぞれに形成される各段差は、三種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１０７】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例２の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図９（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図９（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図９（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。
【０１０８】
図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例２の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。さらに、実施例２の対物レンズ１０は、三種類の光路長変化量を付与するような段差を持つ位相シフト構造が形成されている。つまり、実施例２の対物レンズ１０に形成された位相シフト構造は、三波長互換作用と波長ずれ補償作用を併せ持つ。従って、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第一から第三の各レーザー光が設計波長からずれた場合であっても、球面収差の変化が極めて良好に抑えられ、常に球面収差が補正された状態にあることが分かる。
【実施例３】
【０１０９】
実施例３の対物レンズ１０の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表１７に示されている。
【０１１０】
【表１７】
【０１１１】
表１７中、倍率の値が示すように、実施例３でも、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表１７に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表１８〜表２０に示される。
【０１１２】
【表１８】
【表１９】
【表２０】
【０１１３】
なお、表１７によれば、ｆ１×ＮＡ１が２．０１５、ｆ２×ＮＡ２が２．０７９となる。つまり、実施例３の光ピックアップ装置１００は、条件（１０）を満たす。従って実施例３の対物レンズ１０の第一面１１は、二種類の光路長変化量を付与する位相シフト構造を持つ第一領域と、第三のレーザー光に対する開口制限機能を有する位相シフト構造を持つ第二領域と、第一のレーザー光に対する開口制限機能を有する位相シフト構造を持つ第三領域が形成されている。なお、第一面１１における各領域の範囲を光軸ＡＸからの高さｈで表すと、
第一領域…ｈ≦１．６４０、
第二領域…１．６４０＜ｈ≦２．０１５、
第三領域…２．０１５＜ｈ≦２．０８０、となる。
【０１１４】
なお、上記の通り、第三領域は、第二のレーザー光の収束にのみ寄与し、第一のレーザー光の収束には寄与しない。従って、実施例３では、第三領域における光路長変化量は、第二のレーザー光一波長分の（ｉ＋Δ）倍として表される。
【０１１５】
実施例３の対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）は、実施例１や２と同様に非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表２１に示される。なお、表２１に示すように、第一面１１の非球面形状は、第一から第三の各領域で異なる。
【０１１６】
【表２１】
【０１１７】
また実施例３の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための光路差関数における係数Ｐ２ｉは表２２に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表２３に示される。
【０１１８】
【表２２】
【表２３】
【０１１９】
表２３に示すように、回折次数ｍは、使用するレーザー光ごと、および位相シフト構造が設けられる領域ごとに異なる値が設定されている。詳しくは、第一領域は、回折効率が最大となる回折次数が異なるものの、第一から第三の各レーザー光の収束に寄与するような位相シフト構造になっている。第二領域は、第一のレーザー光および第二のレーザー光の収束に寄与するような位相シフト構造になっている。第三領域は、第二のレーザー光の収束にのみ寄与するような位相シフト構造になっている。
【０１２０】
実施例３の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表２４に示される。表２４は、実施例３の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、光路長変化量を示した表である。
【０１２１】
【表２４】
【０１２２】
上述したように、実施例３の対物レンズ１０では、第一面１１において領域毎に異なる位相シフト構造が形成されている。従って、表２４に示すように、領域毎で第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量が異なる。
【０１２３】
つまり、表２４に示すように、第一領域では、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、−５または２波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝５、ｉＢ＝２であり、ΔＡ＝ΔＢ＝０である。第二領域では、上記光路長変化量は、±５または−３波長分であることがわる。つまり、ｉＡ＝５、ｉＢ＝３であり、ΔＡ＝ΔＢ＝０である。第三領域では、上記光路長変化量は、−１波長分である。
【０１２４】
なお、輪帯番号２０、２１の各輪帯間に形成される各段差は、第二領域における二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１２５】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例３の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図１０（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１０（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１０（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。
【０１２６】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例３の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。また、該レーザー光が設計波長からずれたことによる球面収差の変化も実使用上支障がない程度に抑えていることが分かる。特に、実施例３の対物レンズ１０によれば、図１０（Ｃ）に示すように、第三の光ディスクＤ３使用時において、第三のレーザー光が設計波長からずれた場合であっても、球面収差の変化が極めて良好に抑えられ、常に球面収差が補正された状態にあることが分かる。
【実施例４】
【０１２７】
実施例４の対物レンズ１０は、実施例２と同様に、三種類の光路長変化量を与える位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例４の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表２５に示されている。
【０１２８】
【表２５】
【０１２９】
表２５中、倍率の値が示すように、実施例４でも、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表２５に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表２６〜表２８に示される。
【０１３０】
【表２６】
【表２７】
【表２８】
【０１３１】
対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）は、上記各実施例と同様に非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表２９に示される。
【０１３２】
【表２９】
【０１３３】
また実施例４の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための第一から第三の光路差関数における係数Ｐ２ｉは表３０に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表３１に示される。
【０１３４】
【表３０】
【表３１】
【０１３５】
実施例４の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表３２に示される。表３２は、実施例４の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯間の段差を透過することにより与えられる光路長変化量を示した表である。
【０１３６】
【表３２】
【０１３７】
表３２に示すように、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、−３、−２または８波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝３、ｉＢ＝２、ｉＣ＝８で、ΔＡ＝０．２２、ΔＢ＝Δｃ＝０である。従って、実施例４の対物レンズ１０は、上記条件（１）〜（３）を満たす。なお、輪帯番号２７、２８の各輪帯間に形成される段差は、ｉＡ＝３とｉＣ＝８の二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１３８】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例４の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図１１（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１１（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１１（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。
【０１３９】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例４の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。さらに、実施例４の対物レンズ１０は、三種類の光路長変化量を付与するような段差を持つ位相シフト構造が形成されている。つまり、実施例４の対物レンズ１０に形成された位相シフト構造は、三波長互換作用と波長ずれ補償作用を併せ持つ。従って、図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第一から第三の各レーザー光が設計波長からずれた場合であっても、球面収差の変化が極めて良好に抑えられ、常に球面収差が補正された状態にあることが分かる。
【実施例５】
【０１４０】
実施例５の対物レンズ１０の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表３４に示されている。
【０１４１】
【表３３】
【０１４２】
表３３中、倍率の値が示すように、実施例５でも、他の実施例同様、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各レーザー光も平行光束として対物レンズ１０に入射する。表３３に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表３４〜表３６に示される。
【０１４３】
【表３４】
【表３５】
【表３６】
【０１４４】
実施例５の対物レンズ１０の第一面１１は、三種類の光路長変化量を付与する位相シフト構造を持つ第一領域と、三種類の光路長変化量を付与しかつ第三のレーザー光に対する開口制限機能を有する位相シフト構造を持つ第二領域が形成されている。なお、第一面１１における各領域の範囲を光軸ＡＸからの高さｈで表すと、
第一領域…ｈ≦１．５８０、
第二領域…１．５８０＜ｈ≦１．９５０、となる。
【０１４５】
実施例５の対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）も、上記各実施例と同様に非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表３７に示される。なお、表３７に示すように、第一面１１の非球面形状は、第一領域と第二領域で異なる。
【０１４６】
【表３７】
【０１４７】
また実施例５の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための光路差関数における係数Ｐ２ｉは表３８に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表３９に示される。
【０１４８】
【表３８】
【表３９】
【０１４９】
なお、表３８に示すように、各領域を規定する各光路差関数における係数Ｐ２の値が異なる。従って、表３４〜表３６に示すように、実施例５の対物レンズ１０の第一面１１は、領域毎に曲率半径ｒの値が異なる。
【０１５０】
表３９に示すように、回折次数ｍは、使用するレーザー光ごと、および位相シフト構造が設けられる領域ごとに異なる値が設定されている。詳しくは、第一領域は、回折効率が最大となる回折次数が異なるものの、第一から第三の各レーザー光の収束に寄与するような位相シフト構造になっている。第二領域は、第一のレーザー光および第二のレーザー光の収束に寄与するような位相シフト構造になっている。
【０１５１】
実施例５の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表４０に示される。表４０は、実施例５の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と光路長変化量を示した表である。
【０１５２】
【表４０】
【０１５３】
上述したように、実施例５の対物レンズ１０では、第一面１１の領域によって異なる位相シフト構造が形成されている。そのため、従って、表４０に示すように、領域毎で第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量が異なる。
【０１５４】
つまり、表４０に示すように、第一領域では、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、−５、２または８波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝５、ｉＢ＝２、ｉＣ＝８であり、ΔＡ＝ΔＢ＝ΔＣ＝０．０５である。第二領域では、上記光路長変化量は、±５または−３波長分であることがわる。つまり、ｉＡ＝５、ｉＢ＝３であり、ΔＡ＝ΔＢ＝０である。従って、実施例５の対物レンズ１０は、上記条件（１）〜（４）を満たす。
【０１５５】
なお、第一領域において、輪帯番号２０、２１の輪帯間、２１、２２の輪帯間、２３〜２７の各輪帯間に形成される各段差は、ｉＡ＝５とｉＣ＝８の二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。また、第二領域において、輪帯番号３３、３４の輪帯間および４５、４６の輪帯間に形成される段差は、二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１５６】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例５の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図１２（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１２（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１２（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。
【０１５７】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例５の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。また、該レーザー光が設計波長からずれたことによる球面収差の変化も実使用上支障がない程度に抑えていることが分かる。特に、実施例５の対物レンズ１０によれば、図１２（Ｃ）に示すように、第三の光ディスクＤ３使用時において、第三のレーザー光が設計波長からずれた場合であっても、球面収差の変化が極めて良好に抑えられ、常に球面収差が補正された状態にあることが分かる。
【実施例６】
【０１５８】
実施例６の対物レンズ１０は、三種類の光路長変化量を与える位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例６の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表４１に示されている。
【０１５９】
【表４１】
【０１６０】
表４１中、倍率の値が示すように、実施例６でも、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表４１に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表４２〜表４４に示される。
【０１６１】
【表４２】
【表４３】
【表４４】
【０１６２】
対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）は、上記各実施例と同様に非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表４５に示される。
【０１６３】
【表４５】
【０１６４】
また実施例６の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための第一から第三の光路差関数における係数Ｐ２ｉは表４６に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表４７に示される。本実施例６では、第三のレーザー光において回折効率が最大になる回折次数ｍはｋで表される。
【０１６５】
【表４６】
【表４７】
【０１６６】
実施例６の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表５０に示される。表４８は、実施例６の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯間の段差を透過することにより与えられる光路長変化量を示した表である。
【０１６７】
【表４８】
【０１６８】
表４８に示すように、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、３、２または−１０波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝３、ｉＢ＝２、ｉＣ＝１０で、ΔＡ＝−０．１０、ΔＢ＝Δｃ＝０である。従って、実施例６の対物レンズ１０は、上記条件（５）〜（８）を満たす。なお、輪帯番号１２、１３の各輪帯間、２４、２５の各輪帯間、３２、３３の各輪帯間、３４、３５の各輪帯間、３８、３９の各輪帯間、４０、４１の各輪帯間、４６、４７の各輪帯間、４８、４９の各輪帯間、５１、５２の各輪帯間、にそれぞれ形成される段差は、ｉＢ＝２とｉＡ＝３の二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１６９】
また、輪帯番号２５、２６の各輪帯間、３５、３６の各輪帯間、３９、４０の各輪帯間、４７、４８の各輪帯間、にそれぞれ形成される段差は、ｉＢ＝２とｉＣ＝１０の二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１７０】
また、輪帯番号４２、４３の各輪帯間、５０、５１の各輪帯間、にそれぞれ形成される段差は、ｉＢ＝２、ｉＡ＝３、ｉＣ＝１０の三種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１７１】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例６の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図１３（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１３（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１３（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。
【０１７２】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例６の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。さらに、実施例６の対物レンズ１０は、三種類の光路長変化量を付与するような段差を持つ位相シフト構造が形成されている。つまり、実施例６の対物レンズ１０に形成された位相シフト構造は、三波長互換作用と波長ずれ補償作用を併せ持つ。従って、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第一から第三の各レーザー光が設計波長からずれた場合であっても、球面収差の変化が極めて良好に抑えられ、常に球面収差が補正された状態にあることが分かる。
【０１７３】
なお、実施例４の対物レンズ１０を用いて第一から第三の光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生をした場合の光利用効率は、第一のレーザー光が約８５％、第二のレーザー光が約７３％、第三のレーザー光が５６％となる。また、実施例５の対物レンズ１０を用いて第一から第三の光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生をした場合の光利用効率は、第一のレーザー光が約９８％、第二のレーザー光が約７５％、第三のレーザー光が４１％となる。また、実施例６の対物レンズ１０を用いて第一から第三の光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生をした場合の光利用効率は、第一のレーザー光が約９７％、第二のレーザー光が約６９％、第三のレーザー光が５１％となる。以上のように、本発明の実施形態の対物レンズによれば、第三のレーザー光において回折効率が最大になる回折次数に応じた各条件を満たすように構成することにより、記録密度が高い光ディスクＤ１、Ｄ２使用時にはより多くの光量を利用することができ、かつ第三の光ディスクＤ３使用時には、情報の記録または再生に関して実使用上何ら問題ない程度の光量を確保することができる。
【０１７４】
以上が本発明に係る設計方法により設計された対物レンズの具体的実施例である。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、光情報記録再生装置の対物光学系を構成するレンズ等の光学素子の数は複数であっても良い。対物光学系が複数の光学素子から構成される場合、本発明に係る設計方法により設計される光学素子は、片側一面のみならず両面に位相シフト構造を設けることができる。
【０１７５】
また、三波長互換作用で調整される球面収差の値は、０でなくてもよく、設計者が任意に設定することが可能である。同様に波長ずれ補償作用でも波長ずれに起因して変化する球面収差を必ずしも打ち消す作用を与える必要はなく、球面収差の変化の度合いは設計者が任意に設定することができる。
【０１７６】
さらに、上記の各実施例で提示した各段差のｉの組み合わせも例示であって、必ずしも各実施例の組み合わせに限定されるものではない。例えば、対物レンズの第一面に設けられた位相シフト構造によって付与される光路長変化量が三種類ある場合、各段差の組み合わせは、ｉＡ＝５、ｉＢ＝２、ｉＣ＝１０であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】本発明の実施形態の光情報記録再生装置の概略構成を表す模式図である。
【図２】本発明の実施形態の光情報記録再生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す図である。
【図３】本発明の実施形態の対物レンズの、第一面に設けられた位相シフト構造の拡大図である。
【図４】本発明の実施形態の対物レンズの、ｉを２に設定したときの第一から第三の各レーザー光の光利用効率について示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態の対物レンズの、ｉを３に設定したときの第一から第三の各レーザー光の光利用効率について示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態の対物レンズの、ｉを５に設定したときの第一から第三の各レーザー光の光利用効率について示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態の対物レンズの、ｉを１０に設定したときの第一から第三の各レーザー光の光利用効率について示すグラフである。
【図８】実施例１の光情報記録再生装置の、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図９】実施例２の光情報記録再生装置の、第一から第三のレーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１０】実施例３の光情報記録再生装置の、第一から第三のレーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１１】実施例４の光情報記録再生装置の、第一から第三のレーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１２】実施例５の光情報記録再生装置の、第一から第三のレーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１３】実施例６の光情報記録再生装置の、第一から第三のレーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【符号の説明】
【０１７８】
１Ａ、２Ａ、３Ａ 光源
１０ 対物レンズ
Ｄ１〜Ｄ３ 光ディスク
１００ 光情報記録再生装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、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情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置といった波長が各々異なる複数種類の光を使用する装置に搭載される対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクには、従来、ＣＤやＤＶＤといった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。また近年、情報記録のさらなる高容量化を実現すべく、ＤＶＤよりも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。該新規格の光ディスクとしては、例えばＨＤ ＤＶＤやＢＤ(Blu-ray Disc)等がある。このような新規格の光ディスクは、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。このように規格の異なる複数の光ディスクが存在するためユーザの利便性に鑑み、近年、光情報記録再生装置、より厳密には装置内に設けられる対物光学系は、上記の三種類の光ディスクに対して互換性を持つことが要求される。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、互換性を持つとは、使用する光ディスクを切り替えたとしても部品を交換したりすることなく情報の記録または再生が保証されることをいう。
【０００３】
装置が規格の異なる複数の光ディスクに対して互換性を持つためには、まず、規格が異なる光ディスクの切り替え時に、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。一般にスポット径は波長が短いほど小さい。そこで従来、記録密度に応じて、光情報記録再生装置では、複数の波長のレーザー光が使用される。例えば、ＤＶＤ使用時には、ＣＤ使用時に用いられる約７９０ｎｍより短い約６６０ｎｍの波長のレーザー光が用いられる。また、該新規格の光ディスク使用時には、その記録密度の高さからＤＶＤに対する情報の記録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（例えば４０８ｎｍあたりのいわゆる青色レーザー光）が用いられる。
【０００４】
次いで、各々の光ディスクに対して、良好な状態で各光ディスクの記録面位置に収束させる一つの手段として、対物光学系を構成する１または複数の光学素子（例えば対物レンズ）における任意の一面に輪帯状の微細な段差を有する輪帯構造を設け、該輪帯構造の作用によって、異なる波長の光を各々対応する光ディスクの記録面において良好に収束させる技術が実用化されている。
【０００５】
また、上記光学素子は、光源の個体差や温度変化等の環境変化によって、使用するレーザー光の波長が設計波長からずれることにより生じる球面収差も補正するような作用を持つことが好ましい。なお設計波長とは、各光ディスクに対する情報の記録または再生に最適とされる各レーザー光の波長を意味する。
【０００６】
上記のように、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ ＤＶＤのように三種類の光ディスクに対して互換性を持つ対物レンズとしては、例えば以下の特許文献１に提案される。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３６２６２６号公報
【０００８】
特許文献１に記載の対物レンズは、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して互換性を持たせるために、波長の異なる３種類の光束のうち、２つの波長の光束に対しては輪帯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コントロールすることにより球面収差を補正している。
【０００９】
ここで、情報の記録または再生を行う際に高いＮＡが要求される、ＨＤ ＤＶＤやＤＶＤを使用する時は、収差に対する許容度が低いとされる。そのため、上記特許文献１では、上記の比較的記録密度が高いＨＤ ＤＶＤやＤＶＤに対する情報の記録または再生時には、対物レンズに略平行光束が入射するような構成にしている。そして、情報の記録または再生を行う際にそれほど高いＮＡを要求されないＣＤを使用する時は、対物レンズに発散光が入射するような構成にしている。これにより、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して互換性を持つ対物レンズを提供している。
【００１０】
しかし、対物レンズに発散光が入射する場合、トラッキング時にコマ収差等の収差が発生してしまう。そのため、たとえ収差に対する許容度が低いＣＤ等の光ディスク使用時であっても、これらの収差を良好に抑えることができる対物レンズが要望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑み、波長が異なる複数種類の光束を使用して規格の異なる三種類の光ディスクのいずれに対する情報の記録または再生を行った時であっても、各光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とともに、トラッキング時にも収差の発生を抑えることができる、光情報記録再生装置用の対物レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の光情報記録再生装置用対物レンズは、記録密度の異なる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略平行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情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、第一から第三の波長のうち最も波長が短い第一の波長をλ１、前記第一の波長より長い第二の波長をλ２、最も長い第三の波長をλ３とすると、
λ１＜λ２＜λ３
１．９＜λ３／λ１＜２．１
であり、
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、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、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≦ｔ２＜ｔ３
であり、
第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数を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に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、少なくとも一方の面に、複数の同心円状の屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、位相シフト構造は、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する第一領域を有し、第一領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、第一の波長の光束に対して絶対値が異なる少なくとも二種類の光路長変化量を付与する段差を有し、当該少なくとも二種類の光路長変化量の各絶対値は、第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）倍（但し、ｉＡ、ｉＢは自然数、かつｉＡ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＡ＜０．５、−０．５＜ΔＢ＜０．５）で表され、さらに、ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１（但し、ｋは自然数）で表され、かつ前記第三の波長の光束において回折効率が最大となる回折次数が（ｋ＋１）次であり、ΔＡは以下の条件（１）、
０．０００≦ΔＡ≦０．３８４・・・（１）
を満たすことを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、上記第一の領域の段差で付与する光路長変化量のうち、少なくとも一種類の光路長変化量ｉＡを奇数値であるように構成することにより、規格の異なる三種類の光ディスクに対する高い互換性を持たせることができる。しかも各光ディスクのいずれを使用する場合でも略平行光束を使用するため、トラッキングシフト時に収差の発生を抑えることができ、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。
【００１４】
さらにｉＡは、以下の条件（２）より好ましくは条件（３）を満たすことが望ましい。
０．０２０≦ΔＡ≦０．３２４・・・（２）（請求項２）
０．０２０≦ΔＡ≦０．２５８・・・（３）（請求項３）
【００１５】
さらにｉＡは、以下の条件（４）を満たすことが望ましい。
０．０２０≦ΔＡ≦０．１７８・・・（４）（請求項４）
これにより、記録密度の最も高い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第一の波長の光束の利用効率を非常に高く設定することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の光情報記録再生装置用対物レンズは、記録密度の異なる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略平行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情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、第一から第三の波長のうち最も短い第一の波長をλ１、前記第一の波長より長い第二の波長λ２、最も長い第三の波長をλ３とすると、
λ１＜λ２＜λ３
１．９＜λ３／λ１＜２．１
であり、
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、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、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≦ｔ２＜ｔ３
であり、
第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数を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に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
少なくとも一方の面に、複数の同心円状の屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、位相シフト構造は、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する第一領域を有し、該第一領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において第一の波長の光束に対して絶対値が異なる少なくとも二種類の光路長変化量を付与する段差を有し、少なくとも二種類の光路長変化量は、第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）（但し、ｉＡ、ｉＢは自然数、かつ、ｉＡ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＡ＜０．５、−０．５＜ΔＢ＜０．５）で表され、ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１（但し、ｋは自然数）で表され、かつ前記第三の波長の光束において回折効率が最大となる回折次数がｋ次であり、ΔＡは以下の条件（５）、
−０．３８４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（５）
を満たすことを特徴とする。
【００１７】
さらにΔＡは、以下の条件（６）より好ましくは条件（７）を満たすことが望ましい。
−０．３２４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（６）（請求項６）
−０．２５８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（７）（請求項７）
【００１８】
さらにΔＡは、以下の条件（８）を満たすことが望ましい。
−０．１７８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（８）（請求項８）
【００１９】
例えば、第一領域の段差が付与する光路長付加量の種類が二種類である場合、各段差のｉＡとｉＢの組み合わせは、３と２（請求項９）あるいは５と２（請求項１０）が好適である。また、第一領域の段差が付与する光路長付加量の種類が三種類である場合、各段差のｉＡ、ｉＢ、ｉＣの組み合わせは、３、２、８（請求項１１）、または、３、２、１０（請求項１２）、または、５、２、８（請求項１３）、または、５、２、１０（請求項１４）が好適である。
【００２０】
また、本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは単レンズとして構成される（請求項１５）。
【００２１】
請求項１６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、位相シフト構造は、第一領域の外側に、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し、かつ第三の波長の光束の収束には寄与しない第二領域を有し、第二領域における互いに隣り合う屈折面の境界において、第一の光束に対して少なくとも一種類の光路長変化量を付与する段差を有し、一種類の光路長変化量の絶対値が、第一領域における少なくとも一種類の光路長変化量の絶対値とは異なる。
【００２２】
また、請求項１７に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、以下の条件（９）が成立する場合、上記位相シフト構造には、第二領域の外側に、第二の波長の光束のみ収束し、第一および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三領域を設けることが望ましい。該第三領域においては、互いに隣り合う屈折面の境界において、第二の光束に対して、少なくとも一種類の光路長変化量を有する段差を有し、該光路長変化量の絶対値が、第二領域における光路長変化量の絶対値と異なる。
f1×NA1＜f2×NA2・・・（９）
但し、ｆ１は、第一の光ディスク使用時における焦点距離を、
ｆ２は、第二の光ディスク使用時における焦点距離を、それぞれ表す。
【００２３】
また、請求項１８に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、以下の条件（１０）が成立する場合、上記位相シフト構造には、第二領域の外側に、第一の波長の光束のみ収束し、第二および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三領域を設けることが望ましい。該第三領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、第一の光束に対して、少なくとも一種類の光路長変化量を有する段差を有し、該光路長変化量の絶対値が、第二領域における光路長変化量の絶対値と異なる。
f1×NA1＞f2×NA2・・・（１０）
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、少なくとも一面に所定の位相シフト構造を形成することにより、各光ディスクの記録面上で発生する収差を良好に抑えている。また本発明によれば、どの光ディスクを使用する場合にも略平行光束が用いられる。これにより、既存の光ディスクおよび新規格の光ディスクのいずれを使用した場合であっても、球面収差のみならずトラッキングシフト時に発生する収差を良好に抑えることができる。すなわち、記録密度の異なる三種類の光ディスクの記録面上において良好なスポットを形成可能な光情報記録再生用対物レンズおよび該対物レンズを搭載する光情報記録再生装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態の対物レンズについて説明する。本実施形態の対物レンズは、光情報記録再生装置に搭載され、保護層厚、記録密度等といった規格がそれぞれ異なる三種類の光ディスクについて互換性を有している。
【００２６】
以下では説明の便宜上、上記三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（例えばＨＤ ＤＶＤやＢＤ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。
【００２７】
各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層厚をそれぞれｔ１〜ｔ３とすると、各保護層厚には、以下のような関係がある。
ｔ１≦ｔ２＜ｔ３
【００２８】
また、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最適な設計開口数を、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＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
【００２９】
つまり、記録密度の高い第一の光ディスクＤ１および第二の光ディスク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。これに対し、最も記録密度の低い第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時には、必要とされるＮＡは比較的小さい。なお、どの光ディスクも、情報の記録または再生時には、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。
【００３０】
上記のように記録密度が異なる各光ディスクＤ１〜Ｄ３を使用する場合、各記録密度に対応したビームスポットが得られるように、光情報記録再生装置内において、それぞれ異なる波長のレーザー光が用いられる。具体的には、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は、最も小径のビームスポットを第一の光ディスクＤ１の記録面上において形成するために、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）を光源から照射する。また、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は、最も大きな径のビームスポットを第三の光ディスクＤ３の記録面上において形成するために、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）を光源から照射する。そして第二の光ディスク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）を光源から照射する。なお、第一の波長をλ１、第三の波長をλ３とすると、両者には、
１．９＜λ３／λ１＜２．１
という関係がある。
【００３１】
図１は、本実施形態の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００の概略構成を表す模式図である。光情報記録再生装置１００は、第一のレーザー光を照射する光源１Ａ、第二のレーザー光を照射する光源２Ａ、第三のレーザー光を照射する光源３Ａ、カップリングレンズ１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、ビームスプリッタ４１、４２、ハーフミラー４３、受光部４４を有する。なお、光情報記録再生装置１００では、上記の各光ディスク使用時に必要とされるＮＡが各々異なることに対応する必要がある。そのため、光情報記録再生装置１００では、図示しないが、光源３Ａ〜対物レンズ１０間に第三のレーザー光の光束径を規定する開口制限素子が配設されていてもよい。
【００３２】
図１に示すように、各光源１Ａ〜３Ａから照射された第一〜第三の各レーザー光束は、各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂにより平行光束に変換される。つまり本実施形態では、各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂは、コリメートレンズとして機能する。各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂを透過した各レーザー光束は、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１０に入射する。対物レンズ１０を透過した各光束は、情報の記録または再生の対象となる各光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面近傍に収束する。記録面で反射した各レーザー光は、ハーフミラー４３で偏向され、受光部４４により検出される。
【００３３】
上記のように、対物レンズ１０に入射する各レーザー光を平行光束にすることにより、対物レンズ１０をトラッキング時におけるコマ収差等の収差の発生を抑えることができる。
【００３４】
なお、厳密には、各光源１Ａ〜３Ａの個体差や設置位置、さらには光情報記録再生装置１００のおかれた環境の変化等の理由によって、各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂから射出される光束は必ずしも平行光束にはならない場合もある。しかし、上記の理由による光束の発散角は、非常に小さいため、トラッキングシフト時に生じる収差も小さい。よって、実使用上問題ないと言える。
【００３５】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、対物レンズ１０および各光ディスクＤ１〜Ｄ３を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示した図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）において、光情報記録再生装置１００の基準軸ＡＸは、図中一点鎖線で表示されている。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す状態では、対物レンズの光軸は光学系の基準軸ＡＸ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ＡＸから外れる状態もある。
【００３６】
対物レンズ１０は、光源側から順に第一面１１と第二面１２を有する。対物レンズ１０は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように各面１１、１２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。非球面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該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Ａ２ｉ（但し、ｉは１以上の整数）として、以下の式で表される。
【数１】
【００３７】
また各光ディスクＤ１〜Ｄ３は、それぞれ保護層２１、記録面２２を有する。なお、実際の光ディスクＤ１〜Ｄ３において、記録面２２は、保護層２１と図示しないレーベル層によって挟持されている。
【００３８】
光情報記録再生装置１００のように、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時には異なる波長のレーザー光を用いる場合、各光ディスク使用時によって、対物レンズの屈折率の変化や、各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層２１の厚さの違いに起因して、球面収差が変化する。
【００３９】
従って、三種類の光ディスクＤ１〜Ｄ３をそれぞれ使用する時に発生する球面収差を補正して各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する互換性を持たせるために、本実施形態の対物レンズ１０には、三種類の光束に影響を与える回折作用を持つ位相シフト構造が第一面１１に設けられている。第一面１１に設けられた位相シフト構造は、光軸ＡＸを中心とした同心円状の複数の屈折面と各屈折面間に形成される複数の微小な段差からなる。
【００４０】
本実施形態の位相シフト構造は、第一から第三の各レーザー光で使用波長の違いによる球面収差をそれぞれ略０になるようにコントロールする回折作用を持つ。該回折作用は、対物レンズ１０を透過した各レーザー光が、対応する光ディスクの記録面２２上において、球面収差が良好に抑えられ、情報の記録または再生に好適なスポットを形成できるような回折作用、つまり三波長互換作用といえる。
【００４１】
以上のような位相シフト構造を持つ対物レンズ１０は、例えば以下のように設計される。まず、第一から第三の各レーザー光束における回折効率が最大となる回折次数の比率が互いに異なる少なくとも二種類の光路差関数、例えば第一の光路差関数と第二の光路差関数を算出する。
【００４２】
なお、光路差関数は、対物レンズ１０の回折レンズとしての機能を光軸からの高さｈにおける光路長付加量の形で表現される。光路差関数をφ（ｈ）とすると、該φ（ｈ）は、以下の式によって表される。
【００４３】
【数２】
【００４４】
光路差関数φ（ｈ）において、Ｐ２ｉ（但し、ｉは１以上の整数）はそれぞれ二次、四次、六次、…の係数である。ｍは使用するレーザー光の回折効率が最大となる回折次数を、λは使用するレーザー光の設計波長を、それぞれ表す。
【００４５】
次いで、算出された各光路差関数を重ね合わせることにより、上記位相シフト構造の形状を求める。なお、ここで、比率が異なる、とは、使用する光束のうち少なくとも一つの光束における回折効率が最大となる回折次数が異なっていれば足りる。従って、例えば、使用する光束が三種類ある場合に、第一の光路差関数における比率が３：２：２、第二の光路差関数における比率が３：２：１であれば比率が異なるといえる。また、各光路差関数における次数の組み合わせは異なるものの回折次数の比率が同一であるケース、例えば第一の光路差関数における比率が２：１：１、第二の光路差関数における比率が４：２：２である場合、各光路差関数により付与される回折作用は同一である。従って、本発明においては、次数の組み合わせが異なることではなく、回折次数の比率が異なることを各光路差関数を定める要件としている。
【００４６】
上記のように、互いに異なる二つの光路差関数に基づき求められた位相シフト構造に形成される段差は、第一のレーザー光に対して光路長変化量の絶対値が異なる二種類の光路長変化をもたらす。なお、光路長変化量の絶対値が異なる、と記載したのは、対物レンズ１０から各光ディスクに向かう方向の光路長変化量を正、逆方向を負と定義した場合、正負の符号の不一致を光路長変化量が異なるとは言わないことを明確にしたものである。ここで、二種類の光路長変化量（単位：λ）は、第一のレーザー光一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）倍として定義される。但し、ｉＡ、ｉＢは互いに異なる自然数であり、特にｉＡは２ｋ＋１（ｋは自然数）で表される。なおΔＡとΔＢはそれぞれ、−０．５＜ΔＡ＜０．５、−０．５＜ΔＢ＜０．５の範囲で規定される。またΔＡは、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数を（ｋ＋１）次に設定すると、以下の条件（１）を満たし、該回折次数をｋ次に設定すると、以下の条件（５）を満たす。
０．０００≦ΔＡ≦０．３８４・・・（１）
−０．３８４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（５）
【００４７】
条件（１）の上限を超えるあるいは条件（５）の下限を越えると、第三のレーザー光の光利用効率をさらに高くすることができるものの、特に第一のレーザー光の光利用効率が低くなるため好ましくない。また、条件（１）の下限を越えるあるいは条件（５）の上限を超えると、特に第三のレーザー光の光利用効率が低下するため好ましくない。
【００４８】
図３は、第一面１１に設けられた位相シフト構造の拡大図である。図３において、ｊは、位相シフト構造における光軸ＡＸからｊ番目の屈折面を示す。また、二点鎖線で示すｈｊは第ｊ屈折面と第（ｊ−１）屈折面間に形成された段差ｓの位置、換言すれば第ｊ屈折面と第（ｊ−１）屈折面の境界位置を示す。ここで、光路長変化量とは、図３に示すように、第（ｊ−１）屈折面の形状を光軸から離れる方向に延長させた仮想上の延長面（Ａ−Ａ'面）の境界位置ｈｊで屈折した場合に得られる像面までで評価した時の光路長と、第ｊ屈折面の形状を光軸に向かう方向に延長させた仮想上の延長面（Ｂ−Ｂ'面）の境界位置ｈｊで屈折した場合に得られる像面までで評価した時の光路長の差を意味する。
【００４９】
なお、図３に示すように、実際の位相シフト構造は、形成時に各屈折面の境界位置近傍（エッジ）がだれて丸みを帯びることがある。しかし、このようなエッジの形状の変化は、実使用上何ら問題はない。
【００５０】
図４〜図７は、ｉＡ、ｉＢ、…（便宜上、まとめてｉと記す）とΔＡ、ΔＢ、…（便宜上、まとめてΔと記す）を様々に設定した場合、対物レンズ１０から射出される第一から第三の各レーザー光の光利用効率について示すグラフである。図４は、ｉ＝２つまり第一のレーザー光の二次回折光、第二、第三の各レーザー光の一次回折光の光利用効率を示すグラフである。図５は、ｉ＝３つまり第一のレーザー光の三次回折光、第二レーザー光の二次回折光、第三レーザー光の二次回折光および一次回折光の光利用効率を示すグラフである。図６は、ｉ＝５つまり第一のレーザー光の五次回折光、第二レーザー光の三次回折光、第三レーザー光の三次回折光および二次回折光の光利用効率を示すグラフである。図７がｉ＝１０つまり第一のレーザー光の十次回折光、第二のレーザー光の六次回折光、第三のレーザー光の五次回折光の光利用効率を示すグラフである。
【００５１】
なお、各グラフにおいて、縦軸が光利用効率を、横軸がΔを、それぞれ示す。また、各グラフにおいて、実線が設計波長を４０８ｎｍと想定した第一のレーザー光、破線が設計波長を６６０ｎｍと想定した第二のレーザー光、一点鎖線（および二点鎖線）が設計波長を７９０ｎｍと想定した第三のレーザー光を、それぞれ示す。
【００５２】
図４〜図７に示すように、Δの値が０に近づけば近づくほど、第一のレーザー光のｉ次回折光の光利用効率がより高くなる。Δを０に設定すれば、第一のレーザー光のｉ次回折光の光利用効率は略１００％になる。
【００５３】
これに対し、他のレーザー光は、必ずしもΔを０に近づければ高い光利用効率が得られるとは限らない。一般に第一の光ディスクＤ１に対する情報の記録または再生時には、他の光ディスク使用時に比べ、より多くの光量が要求される。そのため、第一のレーザー光の光利用効率を高く維持しつつも、第二および第三のレーザー光においても、できるだけ高い光利用効率であることがより好ましい。
【００５４】
よって、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数を（ｋ＋１）次に設定すると、ΔＡは、少なくとも上記の条件（１）、さらには、以下の条件（２）〜（４）の少なくとも一つを満たすように設定される。
０．０２０≦ΔＡ≦０．３２４・・・（２）
０．０２０≦ΔＡ≦０．２５８・・・（３）
０．０２０≦ΔＡ≦０．１７８・・・（４）
【００５５】
また、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数をｋ次に設定すると、ΔＡは、少なくとも上記の条件（５）、さらには、以下の条件（６）〜（８）の少なくとも一つを満たすように設定される。
−０．３２４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（６）
−０．２５８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（７）
−０．１７８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（８）
【００５６】
ΔＡが上記の条件（１）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率が最低限約６０％確保することができる。特に、図５や図６に示すようにｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１で表されるように奇数値を採る場合、第三のレーザー光は、光利用効率が約４０％の異なる回折次数光が２種類発生する。そこで、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数を（ｋ＋１）次に、ΔＡを条件（１）の範囲内に、それぞれ設定することにより、第三のレーザー光の光利用効率を最低限約５０％確保することができる。さらに、ｉ＝３に設定すれば、第二のレーザー光の光利用効率が略１００％になっていることが分かる。
【００５７】
ΔＡが条件（２）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約７０％確保することができる。
【００５８】
ΔＡが条件（３）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約８０％確保することができる。
【００５９】
ΔＡが条件（４）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約９０％確保することができる。
【００６０】
また、ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１で表される場合に、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数をｋ次に、ΔＡを条件（５）の範囲内に、それぞれ設定することにより、第三のレーザー光の光利用効率を最低限約５０％確保することができる。
【００６１】
ΔＡが条件（６）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約７０％確保することができる。
【００６２】
ΔＡが条件（７）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約８０％確保することができる。
【００６３】
ΔＡが条件（８）を満たすことにより、図４〜図７に示すように、ｉの如何を問わず、第一のレーザー光の光利用効率を約９０％確保することができる。
【００６４】
また、位相シフト構造に三波長互換作用を付与するため、二種類の光路長変化量のいずれか一方の光路長変化量ｉＡを奇数値に設定する。これにより、第一のレーザー光の光利用効率を高く維持しつつも、第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を良好に補正することができる。そして、他方の光路長変化量ｉＢを偶数値にすることにより、特に第一のレーザー光と第三のレーザー光の光利用効率を共に高めることが可能になる。つまり、位相シフト構造には、三波長互換作用が付与される。詳しくは、対物レンズ１０は、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対応する設計波長の平行光束が入射すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面２２上において球面収差を抑えて情報の記録または再生に好適なビームスポットを形成することができる。
【００６５】
上記の三波長互換作用は、第一の光路差関数と第二の光路差関数が相互に作用し合って得られるものであり、例えば、一方の光路差関数が特定の二種類のレーザー光に関する互換作用を与えるというものではない。
【００６６】
なお、本実施形態の対物レンズ１０には、第一のレーザー光に対する光路長変化量が上記二種類の光路長変化量の和または差として現れる段差（以下、便宜上、特殊段差という）が形成される場合もある。
【００６７】
また、例えば第一の光ディスクＤ１使用時に用いられるレーザー光が、光源の個体差や経時変化等によって、該光ディスクＤ１に関する設計波長である第一の波長から微小に変化することが想定される。他の光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時においても同様である。このように、使用するレーザー光の波長が設計波長からずれると球面収差が生じてしまう。
【００６８】
そこで、本実施形態の対物レンズ１０では、第一面１１に設けられる位相シフト構造に、温度変化や個体差に起因して各光ディスク使用時に用いられる光束の波長が設計波長から微小にずれることによる球面収差を抑える回折作用も付与することができる。該回折作用は、対物レンズ１０に入射する各レーザー光の波長が設計波長からずれた場合であっても、該波長ずれの影響を受けることなく、対応する光ディスクの記録面２２上において情報の記録または再生に好適なスポットが形成されるような回折作用、つまり波長ずれ補償作用である。
【００６９】
位相シフト構造に波長の微小にずれることによる球面収差を抑える回折作用も付与する場合、位相シフト構造の設計自由度をさらに高める必要がある。そのために、さらに上記の第一、第二の光路差関数に加えて、第三の光路差関数も算出し、三種類の光路差関数を重ね合わせることにより、三波長互換作用と波長ずれ補償作用を兼ね備える位相シフト構造の形状を求める。従って、形成される段差により第一のレーザー光に付与される光路長変化量は、三種類になる。なお、ここで、三波長互換作用と波長ずれ補償作用は、第一から第三の各光路差関数が互いに作用し合って得られるものであり、いずれかの光路差関数が特定の作用にのみ寄与するというものではない。
【００７０】
三種類目の光路長変化量（単位：λ）は、第一のレーザー光一波長分の（ｉＣ＋ΔＣ）倍、として定義される。但し、ｉＣは、ｉＡ、ｉＢとは異なる自然数である。またΔＣは、−０．５＜ΔＣ＜０．５の範囲で規定される。
【００７１】
以上説明した位相シフト構造は、必ずしも第一面１１の全域に設ける必要はなく、光軸を含む最も内側の領域であってかつ第三のレーザー光の収束に寄与する領域、つまりいずれのレーザー光の収束にも寄与する領域（以下、第一領域という）に設けられていればよい。
【００７２】
本実施形態の対物レンズ１０は、情報の記録または再生に必要なＮＡを確保するための有効光束径の違いから、第一領域の外側に第二領域を、場合によっては第二領域の外側にさらに第三領域を設けている。
【００７３】
第二領域の位相シフト構造は、一般に第三のレーザー光よりも有効光束径が大きいとされる第一および第二のレーザー光を、対応する光ディスクＤ１、Ｄ２の記録面２２に良好に収束させるための二波長互換作用を持つ。また、第二領域の位相シフト構造は、必要に応じて第一のレーザー光と第二のレーザー光に対する波長ずれ補償作用も持つ。第二領域の位相シフト構造に該波長ずれ補償作用も付与する場合には、上記第一領域と同様に二種類の光路差関数を算出し重ね合わせることにより、位相シフト構造を形成する。
【００７４】
第二領域の位相シフト構造は、第三のレーザー光の収束に寄与しないような段差を有する。つまり、第二領域の段差における光路長変化量のうち少なくとも一種類は、第一領域における少なくとも一種類の光路長変化量とは異なる。
【００７５】
なお、二種類の光路差関数を用いて第二領域の位相シフト構造を形成した場合、該第二領域にも特殊段差が形成されることがある。
【００７６】
第三領域は、対物レンズ１０の第一面１１における第一のレーザー光の入射光束径と、第二のレーザー光の有効光束径が異なる場合に設けられる。
【００７７】
まず、第一の光ディスクＤ１使用時の焦点距離をｆ１、第二の光ディスクＤ２使用時の焦点距離をｆ２としたとき、以下の条件（９）、
f1×NA1＜f2×NA2・・・（９）
が成立する場合、つまり、第二のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径が、第一のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径より大きい場合、第二のレーザー光が第二の光ディスクＤ２の記録面上において略無収差で良好に収束するような位相シフト構造を有する第三領域が第一面１１に形成される。条件（９）が成立する場合に形成される第三領域は、第二領域とは異なり、第一のレーザー光の収束には寄与しない。つまり、条件（９）が成立するときに形成される第三領域は、第一のレーザー光に対する開口制限機能を有する。そのため、該位相シフト構造は、第二のレーザー光について互いに隣り合う屈折面の境界において付与される光路長変化量が、第二領域における第二のレーザー光についての光路長変化量とは異なるように設計される。該設計時には、第三領域は、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。
【００７８】
また以下の条件（１０）、
f1×NA1＞f2×NA2・・・（１０）
が成立する場合、つまり、第一のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径が、第二のレーザー光が入射する場合の対物レンズ１０の入射面での有効光束径より大きい場合、第一のレーザー光が第一の光ディスクＤ１の記録面上において略無収差で良好に収束するような位相シフト構造を有する第三領域が第一面１１に形成される。条件（１０）が成立する場合に形成される第三領域は、第二領域とは異なり、第二のレーザー光の収束には寄与しない。つまり、条件（１０）が成立するときに形成される第三領域は、第二のレーザー光に対する開口制限機能を有する。そのため、該構造は、第一のレーザー光について互いに隣り合う屈折面の境界において付与される光路長変化量が、第二領域における第一のレーザー光についての光路長変化量とは異なるように設計される。該設計時には、第三領域は、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。
【００７９】
以上説明した第一実施形態の設計方法により設計された対物レンズ１０を対物光学系として用いた光情報記録再生装置１００の具体的な実施例を６例（実施例１〜６）示す。実施例１〜５は、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数を（ｋ＋１）次に設定した構成例である。実施例６は、第三のレーザー光において回折効率が最も高くなる回折次数をｋ次に設定した構成例である。
【００８０】
各実施例１〜６の対物レンズ１０を搭載する光情報記録再生装置１００は、図１、および図２（Ａ）〜（Ｃ）に示される。なお、実施例１、実施例２、実施例４および実施例６に関しては、第三の光ディスクＤ３使用時は、情報の記録または再生に好適な開口数を得るために図示しない開口制限素子を用いて光束径を規定している。そのため、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第三の光ディスクＤ３使用時は、第一、第二の光ディスクＤ１、Ｄ２使用時に比べて有効光束径が小さくなる。
【００８１】
各実施例のうち、三種類の光ディスクに対する互換性を有する光情報記録再生装置１００の実施例において使用される光ディスクは、保護層厚０．６ｍｍの最も記録密度の高い第一の光ディスクＤ１、保護層厚０．６ｍｍであり第一の光ディスクＤ１よりは記録密度の低い第二の光ディスクＤ２、保護層厚１．２ｍｍの最も記録密度の低い第三の光ディスクＤ３を想定する。
【実施例１】
【００８２】
実施例１の対物レンズ１０は、二種類の光路長変化量を与える位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例１の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表１に示されている。
【００８３】
【表１】
【００８４】
表１中、倍率の値が示すように、実施例１では、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時であっても、レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表１に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表２〜表４に示される。但し、表２〜表４では、説明の便宜上、光源と対物レンズの間に配設される部材に関する数値構成を省略している。以下に示す各実施例の具体的数値構成においても同様である。
【００８５】
【表２】
【表３】
【表４】
【００８６】
表２〜表４中、面番号０は光源１Ａ〜３Ａ、面番号１は対物レンズ１０の第一面１１、面番号２は対物レンズ１０の第二面１２、面番号３と４はそれぞれ各光ディスクＤ１〜Ｄ３における保護層２１と記録面２２、をそれぞれ表す。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。後述する実施例２および実施例３における各表においても同様である。
【００８７】
対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）は、非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表５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。
【００８８】
【表５】
【００８９】
また実施例１の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための第一の光路差関数および第二の光路差関数における係数Ｐ２ｉは表６に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表７に示される。表７や図３〜６に示すように、ｉすなわち、第一のレーザー光の回折効率が最大になる回折次数と、他の各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数は異なる。また、本実施例１および後に示す実施例２〜５において、第三のレーザー光において回折効率が最大になる回折次数ｍは（ｋ＋１）で表される。
【００９０】
【表６】
【表７】
【００９１】
実施例１の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表８に示される。表８は、実施例１の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯（上記の屈折面に相当）の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯を透過することにより与えられる光路長変化量を示した表である。各輪帯の範囲は、光軸ＡＸからの高さｈｍｉｎ〜ｈｍａｘで表している。
【００９２】
【表８】
【００９３】
表８に示すように、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、−３または−２波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝３、ｉＢ＝２で、ΔＡ＝ΔＢ＝０である。なお、輪帯番号１７、１８の各輪帯間および輪帯番号２４、２５の各輪帯間に形成される段差は、光路長変化量が−５波長分、つまり二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【００９４】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図８（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図８（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図８（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。各収差図において、各レーザー光が設計波長であるときの球面収差を実線で示す。また各収差図では、各レーザー光の波長が該設計波長から＋５ｎｍずれたときの球面収差を破線で示している。以下の各実施例で示す収差図においても同様である。
【００９５】
図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例１の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。さらに、該レーザー光が設計波長からずれたことによる球面収差の変化も実使用上支障がない程度に抑えていることが分かる。なお、該レーザー光が設計波長からずれたことによる収束位置の光軸方向のずれは図示しないアクチュエータ等を用いて対物レンズ１０を光軸ＡＸ方向に駆動することにより補正可能である。このアクチュエータ等を用いた補正は以下の各実施例においても同様に適用される。
【実施例２】
【００９６】
実施例２の対物レンズ１０は、三種類の光路長変化量を与える位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例２の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表９に示されている。
【００９７】
【表９】
【００９８】
表９中、倍率の値が示すように、実施例２でも、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表９に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表１０〜表１２に示される。
【００９９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【０１００】
対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）は、実施例１と同様に非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表１３に示される。
【０１０１】
【表１３】
【０１０２】
また実施例２の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための第一から第三の光路差関数における係数Ｐ２ｉは表１４に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表１５に示される。
【０１０３】
【表１４】
【表１５】
【０１０４】
実施例２の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表１６に示される。表１６は、実施例２の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯間の段差を透過することにより与えられる光路長変化量を示した表である。
【０１０５】
【表１６】
【０１０６】
表１６に示すように、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、−３、−２または１０波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝３、ｉＢ＝２、ｉＣ＝１０で、ΔＡ＝ΔＢ＝Δｃ＝０である。なお、輪帯番号２２、２３の各輪帯間、輪帯番号２６、２７の各輪帯間、輪帯番号２８、２９の各輪帯間、輪帯番号３１、３２の各輪帯間それぞれに形成される各段差は、三種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１０７】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例２の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図９（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図９（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図９（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。
【０１０８】
図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例２の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。さらに、実施例２の対物レンズ１０は、三種類の光路長変化量を付与するような段差を持つ位相シフト構造が形成されている。つまり、実施例２の対物レンズ１０に形成された位相シフト構造は、三波長互換作用と波長ずれ補償作用を併せ持つ。従って、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第一から第三の各レーザー光が設計波長からずれた場合であっても、球面収差の変化が極めて良好に抑えられ、常に球面収差が補正された状態にあることが分かる。
【実施例３】
【０１０９】
実施例３の対物レンズ１０の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表１７に示されている。
【０１１０】
【表１７】
【０１１１】
表１７中、倍率の値が示すように、実施例３でも、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表１７に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表１８〜表２０に示される。
【０１１２】
【表１８】
【表１９】
【表２０】
【０１１３】
なお、表１７によれば、ｆ１×ＮＡ１が２．０１５、ｆ２×ＮＡ２が２．０７９となる。つまり、実施例３の光ピックアップ装置１００は、条件（１０）を満たす。従って実施例３の対物レンズ１０の第一面１１は、二種類の光路長変化量を付与する位相シフト構造を持つ第一領域と、第三のレーザー光に対する開口制限機能を有する位相シフト構造を持つ第二領域と、第一のレーザー光に対する開口制限機能を有する位相シフト構造を持つ第三領域が形成されている。なお、第一面１１における各領域の範囲を光軸ＡＸからの高さｈで表すと、
第一領域…ｈ≦１．６４０、
第二領域…１．６４０＜ｈ≦２．０１５、
第三領域…２．０１５＜ｈ≦２．０８０、となる。
【０１１４】
なお、上記の通り、第三領域は、第二のレーザー光の収束にのみ寄与し、第一のレーザー光の収束には寄与しない。従って、実施例３では、第三領域における光路長変化量は、第二のレーザー光一波長分の（ｉ＋Δ）倍として表される。
【０１１５】
実施例３の対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）は、実施例１や２と同様に非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表２１に示される。なお、表２１に示すように、第一面１１の非球面形状は、第一から第三の各領域で異なる。
【０１１６】
【表２１】
【０１１７】
また実施例３の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための光路差関数における係数Ｐ２ｉは表２２に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表２３に示される。
【０１１８】
【表２２】
【表２３】
【０１１９】
表２３に示すように、回折次数ｍは、使用するレーザー光ごと、および位相シフト構造が設けられる領域ごとに異なる値が設定されている。詳しくは、第一領域は、回折効率が最大となる回折次数が異なるものの、第一から第三の各レーザー光の収束に寄与するような位相シフト構造になっている。第二領域は、第一のレーザー光および第二のレーザー光の収束に寄与するような位相シフト構造になっている。第三領域は、第二のレーザー光の収束にのみ寄与するような位相シフト構造になっている。
【０１２０】
実施例３の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表２４に示される。表２４は、実施例３の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、光路長変化量を示した表である。
【０１２１】
【表２４】
【０１２２】
上述したように、実施例３の対物レンズ１０では、第一面１１において領域毎に異なる位相シフト構造が形成されている。従って、表２４に示すように、領域毎で第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量が異なる。
【０１２３】
つまり、表２４に示すように、第一領域では、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、−５または２波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝５、ｉＢ＝２であり、ΔＡ＝ΔＢ＝０である。第二領域では、上記光路長変化量は、±５または−３波長分であることがわる。つまり、ｉＡ＝５、ｉＢ＝３であり、ΔＡ＝ΔＢ＝０である。第三領域では、上記光路長変化量は、−１波長分である。
【０１２４】
なお、輪帯番号２０、２１の各輪帯間に形成される各段差は、第二領域における二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１２５】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例３の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図１０（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１０（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１０（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。
【０１２６】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例３の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。また、該レーザー光が設計波長からずれたことによる球面収差の変化も実使用上支障がない程度に抑えていることが分かる。特に、実施例３の対物レンズ１０によれば、図１０（Ｃ）に示すように、第三の光ディスクＤ３使用時において、第三のレーザー光が設計波長からずれた場合であっても、球面収差の変化が極めて良好に抑えられ、常に球面収差が補正された状態にあることが分かる。
【実施例４】
【０１２７】
実施例４の対物レンズ１０は、実施例２と同様に、三種類の光路長変化量を与える位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例４の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表２５に示されている。
【０１２８】
【表２５】
【０１２９】
表２５中、倍率の値が示すように、実施例４でも、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表２５に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表２６〜表２８に示される。
【０１３０】
【表２６】
【表２７】
【表２８】
【０１３１】
対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）は、上記各実施例と同様に非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表２９に示される。
【０１３２】
【表２９】
【０１３３】
また実施例４の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための第一から第三の光路差関数における係数Ｐ２ｉは表３０に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表３１に示される。
【０１３４】
【表３０】
【表３１】
【０１３５】
実施例４の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表３２に示される。表３２は、実施例４の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯間の段差を透過することにより与えられる光路長変化量を示した表である。
【０１３６】
【表３２】
【０１３７】
表３２に示すように、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、−３、−２または８波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝３、ｉＢ＝２、ｉＣ＝８で、ΔＡ＝０．２２、ΔＢ＝Δｃ＝０である。従って、実施例４の対物レンズ１０は、上記条件（１）〜（３）を満たす。なお、輪帯番号２７、２８の各輪帯間に形成される段差は、ｉＡ＝３とｉＣ＝８の二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１３８】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例４の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図１１（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１１（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１１（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。
【０１３９】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例４の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。さらに、実施例４の対物レンズ１０は、三種類の光路長変化量を付与するような段差を持つ位相シフト構造が形成されている。つまり、実施例４の対物レンズ１０に形成された位相シフト構造は、三波長互換作用と波長ずれ補償作用を併せ持つ。従って、図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第一から第三の各レーザー光が設計波長からずれた場合であっても、球面収差の変化が極めて良好に抑えられ、常に球面収差が補正された状態にあることが分かる。
【実施例５】
【０１４０】
実施例５の対物レンズ１０の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表３４に示されている。
【０１４１】
【表３３】
【０１４２】
表３３中、倍率の値が示すように、実施例５でも、他の実施例同様、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各レーザー光も平行光束として対物レンズ１０に入射する。表３３に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表３４〜表３６に示される。
【０１４３】
【表３４】
【表３５】
【表３６】
【０１４４】
実施例５の対物レンズ１０の第一面１１は、三種類の光路長変化量を付与する位相シフト構造を持つ第一領域と、三種類の光路長変化量を付与しかつ第三のレーザー光に対する開口制限機能を有する位相シフト構造を持つ第二領域が形成されている。なお、第一面１１における各領域の範囲を光軸ＡＸからの高さｈで表すと、
第一領域…ｈ≦１．５８０、
第二領域…１．５８０＜ｈ≦１．９５０、となる。
【０１４５】
実施例５の対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）も、上記各実施例と同様に非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表３７に示される。なお、表３７に示すように、第一面１１の非球面形状は、第一領域と第二領域で異なる。
【０１４６】
【表３７】
【０１４７】
また実施例５の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための光路差関数における係数Ｐ２ｉは表３８に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表３９に示される。
【０１４８】
【表３８】
【表３９】
【０１４９】
なお、表３８に示すように、各領域を規定する各光路差関数における係数Ｐ２の値が異なる。従って、表３４〜表３６に示すように、実施例５の対物レンズ１０の第一面１１は、領域毎に曲率半径ｒの値が異なる。
【０１５０】
表３９に示すように、回折次数ｍは、使用するレーザー光ごと、および位相シフト構造が設けられる領域ごとに異なる値が設定されている。詳しくは、第一領域は、回折効率が最大となる回折次数が異なるものの、第一から第三の各レーザー光の収束に寄与するような位相シフト構造になっている。第二領域は、第一のレーザー光および第二のレーザー光の収束に寄与するような位相シフト構造になっている。
【０１５１】
実施例５の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表４０に示される。表４０は、実施例５の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と光路長変化量を示した表である。
【０１５２】
【表４０】
【０１５３】
上述したように、実施例５の対物レンズ１０では、第一面１１の領域によって異なる位相シフト構造が形成されている。そのため、従って、表４０に示すように、領域毎で第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量が異なる。
【０１５４】
つまり、表４０に示すように、第一領域では、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、−５、２または８波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝５、ｉＢ＝２、ｉＣ＝８であり、ΔＡ＝ΔＢ＝ΔＣ＝０．０５である。第二領域では、上記光路長変化量は、±５または−３波長分であることがわる。つまり、ｉＡ＝５、ｉＢ＝３であり、ΔＡ＝ΔＢ＝０である。従って、実施例５の対物レンズ１０は、上記条件（１）〜（４）を満たす。
【０１５５】
なお、第一領域において、輪帯番号２０、２１の輪帯間、２１、２２の輪帯間、２３〜２７の各輪帯間に形成される各段差は、ｉＡ＝５とｉＣ＝８の二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。また、第二領域において、輪帯番号３３、３４の輪帯間および４５、４６の輪帯間に形成される段差は、二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１５６】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例５の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図１２（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１２（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１２（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。
【０１５７】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例５の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。また、該レーザー光が設計波長からずれたことによる球面収差の変化も実使用上支障がない程度に抑えていることが分かる。特に、実施例５の対物レンズ１０によれば、図１２（Ｃ）に示すように、第三の光ディスクＤ３使用時において、第三のレーザー光が設計波長からずれた場合であっても、球面収差の変化が極めて良好に抑えられ、常に球面収差が補正された状態にあることが分かる。
【実施例６】
【０１５８】
実施例６の対物レンズ１０は、三種類の光路長変化量を与える位相シフト構造を第一面１１に有している。実施例６の対物レンズ１０の具体的な仕様は、表４１に示されている。
【０１５９】
【表４１】
【０１６０】
表４１中、倍率の値が示すように、実施例６でも、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における各レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表４１に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表４２〜表４４に示される。
【０１６１】
【表４２】
【表４３】
【表４４】
【０１６２】
対物レンズ１０の両面１１、１２（面番号１、２）は、上記各実施例と同様に非球面である。各面１１、１２の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表４５に示される。
【０１６３】
【表４５】
【０１６４】
また実施例６の対物レンズ１０の第一面１１に形成されることになる位相シフト構造を規定するための第一から第三の光路差関数における係数Ｐ２ｉは表４６に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数ｍは表４７に示される。本実施例６では、第三のレーザー光において回折効率が最大になる回折次数ｍはｋで表される。
【０１６５】
【表４６】
【表４７】
【０１６６】
実施例６の対物レンズ１０の第一面１１に形成される位相シフト構造は具体的には表５０に示される。表４８は、実施例６の対物レンズ１０の第一面１１に形成される各輪帯の範囲と、第一のレーザー光が各輪帯間の段差を透過することにより与えられる光路長変化量を示した表である。
【０１６７】
【表４８】
【０１６８】
表４８に示すように、第一のレーザー光が各輪帯間の段差により付与される光路長変化量は、３、２または−１０波長分であることがわかる。つまり、ｉＡ＝３、ｉＢ＝２、ｉＣ＝１０で、ΔＡ＝−０．１０、ΔＢ＝Δｃ＝０である。従って、実施例６の対物レンズ１０は、上記条件（５）〜（８）を満たす。なお、輪帯番号１２、１３の各輪帯間、２４、２５の各輪帯間、３２、３３の各輪帯間、３４、３５の各輪帯間、３８、３９の各輪帯間、４０、４１の各輪帯間、４６、４７の各輪帯間、４８、４９の各輪帯間、５１、５２の各輪帯間、にそれぞれ形成される段差は、ｉＢ＝２とｉＡ＝３の二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１６９】
また、輪帯番号２５、２６の各輪帯間、３５、３６の各輪帯間、３９、４０の各輪帯間、４７、４８の各輪帯間、にそれぞれ形成される段差は、ｉＢ＝２とｉＣ＝１０の二種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１７０】
また、輪帯番号４２、４３の各輪帯間、５０、５１の各輪帯間、にそれぞれ形成される段差は、ｉＢ＝２、ｉＡ＝３、ｉＣ＝１０の三種類の光路長変化量の和として求まる特殊段差である。
【０１７１】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例６の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図１３（Ａ）が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１３（Ｂ）が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図１３（Ｃ）が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。
【０１７２】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例６の対物レンズ１０を使用すると、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、対応する設計波長のレーザー光が球面収差を生じることなく各光ディスクの記録面２２上に良好に収束することがわかる。さらに、実施例６の対物レンズ１０は、三種類の光路長変化量を付与するような段差を持つ位相シフト構造が形成されている。つまり、実施例６の対物レンズ１０に形成された位相シフト構造は、三波長互換作用と波長ずれ補償作用を併せ持つ。従って、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第一から第三の各レーザー光が設計波長からずれた場合であっても、球面収差の変化が極めて良好に抑えられ、常に球面収差が補正された状態にあることが分かる。
【０１７３】
なお、実施例４の対物レンズ１０を用いて第一から第三の光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生をした場合の光利用効率は、第一のレーザー光が約８５％、第二のレーザー光が約７３％、第三のレーザー光が５６％となる。また、実施例５の対物レンズ１０を用いて第一から第三の光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生をした場合の光利用効率は、第一のレーザー光が約９８％、第二のレーザー光が約７５％、第三のレーザー光が４１％となる。また、実施例６の対物レンズ１０を用いて第一から第三の光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生をした場合の光利用効率は、第一のレーザー光が約９７％、第二のレーザー光が約６９％、第三のレーザー光が５１％となる。以上のように、本発明の実施形態の対物レンズによれば、第三のレーザー光において回折効率が最大になる回折次数に応じた各条件を満たすように構成することにより、記録密度が高い光ディスクＤ１、Ｄ２使用時にはより多くの光量を利用することができ、かつ第三の光ディスクＤ３使用時には、情報の記録または再生に関して実使用上何ら問題ない程度の光量を確保することができる。
【０１７４】
以上が本発明に係る設計方法により設計された対物レンズの具体的実施例である。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、光情報記録再生装置の対物光学系を構成するレンズ等の光学素子の数は複数であっても良い。対物光学系が複数の光学素子から構成される場合、本発明に係る設計方法により設計される光学素子は、片側一面のみならず両面に位相シフト構造を設けることができる。
【０１７５】
また、三波長互換作用で調整される球面収差の値は、０でなくてもよく、設計者が任意に設定することが可能である。同様に波長ずれ補償作用でも波長ずれに起因して変化する球面収差を必ずしも打ち消す作用を与える必要はなく、球面収差の変化の度合いは設計者が任意に設定することができる。
【０１７６】
さらに、上記の各実施例で提示した各段差のｉの組み合わせも例示であって、必ずしも各実施例の組み合わせに限定されるものではない。例えば、対物レンズの第一面に設けられた位相シフト構造によって付与される光路長変化量が三種類ある場合、各段差の組み合わせは、ｉＡ＝５、ｉＢ＝２、ｉＣ＝１０であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】本発明の実施形態の光情報記録再生装置の概略構成を表す模式図である。
【図２】本発明の実施形態の光情報記録再生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す図である。
【図３】本発明の実施形態の対物レンズの、第一面に設けられた位相シフト構造の拡大図である。
【図４】本発明の実施形態の対物レンズの、ｉを２に設定したときの第一から第三の各レーザー光の光利用効率について示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態の対物レンズの、ｉを３に設定したときの第一から第三の各レーザー光の光利用効率について示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態の対物レンズの、ｉを５に設定したときの第一から第三の各レーザー光の光利用効率について示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態の対物レンズの、ｉを１０に設定したときの第一から第三の各レーザー光の光利用効率について示すグラフである。
【図８】実施例１の光情報記録再生装置の、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図９】実施例２の光情報記録再生装置の、第一から第三のレーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１０】実施例３の光情報記録再生装置の、第一から第三のレーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１１】実施例４の光情報記録再生装置の、第一から第三のレーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１２】実施例５の光情報記録再生装置の、第一から第三のレーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【図１３】実施例６の光情報記録再生装置の、第一から第三のレーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
【符号の説明】
【０１７８】
１Ａ、２Ａ、３Ａ 光源
１０ 対物レンズ
Ｄ１〜Ｄ３ 光ディスク
１００ 光情報記録再生装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録密度の異なる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略平行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情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、
前記第一から第三の波長を、それぞれλ１、λ２、λ３、とすると、
λ１＜λ２＜λ３
１．９＜λ３／λ１＜２．１
であり、
前記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≦ｔ２＜ｔ３
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数を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に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
少なくとも一方の面に、複数の同心円状の屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、
前記位相シフト構造は、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する第一領域を有し、
前記第一領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において第一の波長の光束に対して絶対値が異なる少なくとも二種類の光路長変化量を付与する段差を有し、
前記少なくとも二種類の光路長変化量の各絶対値は、前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）倍（但し、ｉＡ、ｉＢは自然数かつ、ｉＡ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＡ＜０．５、−０．５＜ΔＢ＜０．５）で表され、
さらに、前記ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１（但し、ｋは自然数）で表され、かつ前記第三の波長の光束において回折効率が最大となる回折次数が（ｋ＋１）次であり、前記ΔAは以下の条件（１）、
０．０００≦ΔＡ≦０．３８４・・・（１）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（２）、
０．０２０≦ΔＡ≦０．３２４・・・（２）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項３】
請求項１から請求項２のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（３）、
０．０２０≦ΔＡ≦０．２５８・・・（３）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項４】
請求項１または請求項３のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（４）、
０．０２０≦ΔＡ≦０．１７８・・・（４）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項５】
記録密度の異なる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略平行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情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、
前記第一から第三の波長を、それぞれλ１、λ２、λ３、とすると、
λ１＜λ２＜λ３
１．９＜λ３／λ１＜２．１
であり、
前記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≦ｔ２＜ｔ３
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数を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に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
少なくとも一方の面に、複数の同心円状の屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、
前記位相シフト構造は、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する第一領域を有し、
前記第一領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において第一の波長の光束に対して絶対値が異なる少なくとも二種類の光路長変化量を付与する段差を有し、
前記少なくとも二種類の光路長変化量の各絶対値は、前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）倍（但し、ｉＡ、ｉＢは自然数、かつ、ｉＡ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＡ＜０．５、−０．５＜ΔＢ＜０．５）で表され、
さらに、前記ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１（但し、ｋは自然数）で表され、かつ前記第三の波長の光束において回折効率が最大となる回折次数がｋ次であり、前記ΔＡは以下の条件（５）、
−０．３８４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（５）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項６】
請求項５に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（６）、
−０．３２４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（６）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（７）、
−０．２５８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（７）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（８）、
−０．１７８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（８）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は二種類あり、
各段差のｉＡとｉＢは、
ｉＡ＝３、
ｉＢ＝２
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は二種類あり、
各段差のｉＡとｉＢは、
ｉＡ＝５、
ｉＢ＝２
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は三種類あり、
前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍および（ｉＢ＋ΔＢ）倍とは異なる光路長変化量の絶対値が、（ｉＣ＋ΔＣ）倍
但し、ｉＣは自然数、かつ、ｉＣ≠ｉＡ、ｉＣ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＣ＜０．５
で表され、
各段差のｉＡ、ｉＢおよびｉＣは、
ｉＡ＝３、
ｉＢ＝２、
ｉＣ＝８、
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１２】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は三種類あり、
前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍および（ｉＢ＋ΔＢ）倍とは異なる光路長変化量の絶対値が、（ｉＣ＋ΔＣ）倍
但し、ｉＣは自然数、かつ、ｉＣ≠ｉＡ、ｉＣ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＣ＜０．５
で表され、
各段差のｉＡ、ｉＢおよびｉＣは、
ｉＡ＝３、
ｉＢ＝２、
ｉＣ＝１０、
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１３】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は三種類あり、
前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍および（ｉＢ＋ΔＢ）倍とは異なる光路長変化量の絶対値が、（ｉＣ＋ΔＣ）倍
但し、ｉＣは自然数、かつ、ｉＣ≠ｉＡ、ｉＣ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＣ＜０．５
で表され、
各段差のｉＡ、ｉＢおよびｉＣは、
ｉＡ＝５、
ｉＢ＝２、
ｉＣ＝８、
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１４】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は三種類あり、
前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍および（ｉＢ＋ΔＢ）倍とは異なる光路長変化量の絶対値が、（ｉＣ＋ΔＣ）倍
但し、ｉＣは自然数、かつ、ｉＣ≠ｉＡ、ｉＣ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＣ＜０．５
で表され、
各段差のｉＡ、ｉＢおよびｉＣは、
ｉＡ＝５、
ｉＢ＝２、
ｉＣ＝１０、
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１５】
単レンズであることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の光情報再生装置用対物レンズ。
【請求項１６】
前記位相シフト構造は、前記第一領域の外側に、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し、かつ前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二領域を有し、
前記第二領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、第一の光束に対して少なくとも一種類の光路長変化量を付与する段差を有し、
前記少なくとも一種類の光路長変化量の絶対値は、前記第一領域における少なくとも一種類の光路長変化量の絶対値とは異なることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
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焦点距離をｆ２とすると、以下の条件（９）、
f1×NA1＜f2×NA2・・・（９）
を満たし、
前記位相シフト構造は、前記第二領域の外側に、前記第二の波長の光束のみを収束し、前記第一および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三領域を有し、
前記第三領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、第二の光束に対して少なくとも一種類の光路長変化量を付与する段差を有し、
前記少なくとも一種類の光路長変化量の絶対値が、前記第二領域における光路長変化量の絶対値とは異なることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１８】
請求項１６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
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焦点距離をｆ２とすると、以下の条件（１０）、
f1×NA1＞f2×NA2・・・（１０）
を満たし、
前記位相シフト構造は、前記第二領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを収束し、前記第二および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三領域を有し、
前記第三領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、第一の光束に対して少なくとも一種類の光路長変化量を付与する段差を有し、
前記少なくとも一種類の光路長変化量の絶対値が、前記第二領域における光路長変化量の絶対値とは異なることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１９】
使用される光ディスクに対応して第一から第三の波長を持つ三種類の光束をそれぞれ照射する第一から第三の光源と、
請求項１から請求項１８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズと、
前記第一から第三の光源から照射された光を前記対物レンズを介して前記光ディスクに導く偏向手段と、
前記光ディスクからの戻り光を受光するセンサと、を有することを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項１】
記録密度の異なる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略平行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情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、
前記第一から第三の波長を、それぞれλ１、λ２、λ３、とすると、
λ１＜λ２＜λ３
１．９＜λ３／λ１＜２．１
であり、
前記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≦ｔ２＜ｔ３
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数を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に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
少なくとも一方の面に、複数の同心円状の屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、
前記位相シフト構造は、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する第一領域を有し、
前記第一領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において第一の波長の光束に対して絶対値が異なる少なくとも二種類の光路長変化量を付与する段差を有し、
前記少なくとも二種類の光路長変化量の各絶対値は、前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）倍（但し、ｉＡ、ｉＢは自然数かつ、ｉＡ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＡ＜０．５、−０．５＜ΔＢ＜０．５）で表され、
さらに、前記ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１（但し、ｋは自然数）で表され、かつ前記第三の波長の光束において回折効率が最大となる回折次数が（ｋ＋１）次であり、前記ΔAは以下の条件（１）、
０．０００≦ΔＡ≦０．３８４・・・（１）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（２）、
０．０２０≦ΔＡ≦０．３２４・・・（２）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項３】
請求項１から請求項２のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（３）、
０．０２０≦ΔＡ≦０．２５８・・・（３）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項４】
請求項１または請求項３のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（４）、
０．０２０≦ΔＡ≦０．１７８・・・（４）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項５】
記録密度の異なる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略平行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情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、
前記第一から第三の波長を、それぞれλ１、λ２、λ３、とすると、
λ１＜λ２＜λ３
１．９＜λ３／λ１＜２．１
であり、
前記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≦ｔ２＜ｔ３
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数を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に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
少なくとも一方の面に、複数の同心円状の屈折面で構成された位相シフト構造を有しており、
前記位相シフト構造は、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する第一領域を有し、
前記第一領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において第一の波長の光束に対して絶対値が異なる少なくとも二種類の光路長変化量を付与する段差を有し、
前記少なくとも二種類の光路長変化量の各絶対値は、前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍、および（ｉＢ＋ΔＢ）倍（但し、ｉＡ、ｉＢは自然数、かつ、ｉＡ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＡ＜０．５、−０．５＜ΔＢ＜０．５）で表され、
さらに、前記ｉＡがｉＡ＝２ｋ＋１（但し、ｋは自然数）で表され、かつ前記第三の波長の光束において回折効率が最大となる回折次数がｋ次であり、前記ΔＡは以下の条件（５）、
−０．３８４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（５）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項６】
請求項５に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（６）、
−０．３２４≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（６）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（７）、
−０．２５８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（７）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記ΔＡは、以下の条件（８）、
−０．１７８≦ΔＡ≦−０．０７０・・・（８）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は二種類あり、
各段差のｉＡとｉＢは、
ｉＡ＝３、
ｉＢ＝２
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は二種類あり、
各段差のｉＡとｉＢは、
ｉＡ＝５、
ｉＢ＝２
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は三種類あり、
前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍および（ｉＢ＋ΔＢ）倍とは異なる光路長変化量の絶対値が、（ｉＣ＋ΔＣ）倍
但し、ｉＣは自然数、かつ、ｉＣ≠ｉＡ、ｉＣ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＣ＜０．５
で表され、
各段差のｉＡ、ｉＢおよびｉＣは、
ｉＡ＝３、
ｉＢ＝２、
ｉＣ＝８、
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１２】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は三種類あり、
前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍および（ｉＢ＋ΔＢ）倍とは異なる光路長変化量の絶対値が、（ｉＣ＋ΔＣ）倍
但し、ｉＣは自然数、かつ、ｉＣ≠ｉＡ、ｉＣ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＣ＜０．５
で表され、
各段差のｉＡ、ｉＢおよびｉＣは、
ｉＡ＝３、
ｉＢ＝２、
ｉＣ＝１０、
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１３】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は三種類あり、
前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍および（ｉＢ＋ΔＢ）倍とは異なる光路長変化量の絶対値が、（ｉＣ＋ΔＣ）倍
但し、ｉＣは自然数、かつ、ｉＣ≠ｉＡ、ｉＣ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＣ＜０．５
で表され、
各段差のｉＡ、ｉＢおよびｉＣは、
ｉＡ＝５、
ｉＢ＝２、
ｉＣ＝８、
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１４】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一領域の段差が付与する前記光路長変化量の種類は三種類あり、
前記第一の波長の光束一波長分の（ｉＡ＋ΔＡ）倍および（ｉＢ＋ΔＢ）倍とは異なる光路長変化量の絶対値が、（ｉＣ＋ΔＣ）倍
但し、ｉＣは自然数、かつ、ｉＣ≠ｉＡ、ｉＣ≠ｉＢ、−０．５＜ΔＣ＜０．５
で表され、
各段差のｉＡ、ｉＢおよびｉＣは、
ｉＡ＝５、
ｉＢ＝２、
ｉＣ＝１０、
であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１５】
単レンズであることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の光情報再生装置用対物レンズ。
【請求項１６】
前記位相シフト構造は、前記第一領域の外側に、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し、かつ前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二領域を有し、
前記第二領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、第一の光束に対して少なくとも一種類の光路長変化量を付与する段差を有し、
前記少なくとも一種類の光路長変化量の絶対値は、前記第一領域における少なくとも一種類の光路長変化量の絶対値とは異なることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
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焦点距離をｆ２とすると、以下の条件（９）、
f1×NA1＜f2×NA2・・・（９）
を満たし、
前記位相シフト構造は、前記第二領域の外側に、前記第二の波長の光束のみを収束し、前記第一および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三領域を有し、
前記第三領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、第二の光束に対して少なくとも一種類の光路長変化量を付与する段差を有し、
前記少なくとも一種類の光路長変化量の絶対値が、前記第二領域における光路長変化量の絶対値とは異なることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１８】
請求項１６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
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焦点距離をｆ２とすると、以下の条件（１０）、
f1×NA1＞f2×NA2・・・（１０）
を満たし、
前記位相シフト構造は、前記第二領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを収束し、前記第二および第三の波長の光束の収束には寄与しない第三領域を有し、
前記第三領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、第一の光束に対して少なくとも一種類の光路長変化量を付与する段差を有し、
前記少なくとも一種類の光路長変化量の絶対値が、前記第二領域における光路長変化量の絶対値とは異なることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１９】
使用される光ディスクに対応して第一から第三の波長を持つ三種類の光束をそれぞれ照射する第一から第三の光源と、
請求項１から請求項１８のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズと、
前記第一から第三の光源から照射された光を前記対物レンズを介して前記光ディスクに導く偏向手段と、
前記光ディスクからの戻り光を受光するセンサと、を有することを特徴とする光情報記録再生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−３１８６２２（Ｐ２００６−３１８６２２Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４３５５６（Ｐ２００５−３４３５５６）
【出願日】平成１７年１１月２９日（２００５．１１．２９）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２９日（２００５．１１．２９）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
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