対物レンズ素子及びこれを備える光ヘッド装置
【課題】使用する複数の波長の少なくとも１つについて回折効率を向上させた対物レンズ素子を提供する。
【解決手段】対物レンズ素子は、一方面に、光軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域とを備える。第１領域には、周期的な第１回折構造が形成され、第２領域には、第１回折構造とは異なる周期的な第２回折構造が形成され、以下の条件式を満足する。｜Ａ１−Ｂ１｜＜｜Ａ２−Ｂ２｜（１）｜Ｂ１｜≧｜Ｂ２｜（２）ここで、Ａ１：第１波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、Ｂ１：第２波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、Ａ２：第１波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数、Ｂ２：第２波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数
【解決手段】対物レンズ素子は、一方面に、光軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域とを備える。第１領域には、周期的な第１回折構造が形成され、第２領域には、第１回折構造とは異なる周期的な第２回折構造が形成され、以下の条件式を満足する。｜Ａ１−Ｂ１｜＜｜Ａ２−Ｂ２｜（１）｜Ｂ１｜≧｜Ｂ２｜（２）ここで、Ａ１：第１波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、Ｂ１：第２波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、Ａ２：第１波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数、Ｂ２：第２波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクなどの光情報媒体上に対して情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行うために用いられる対物レンズ素子及びこれを備える光ヘッド装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長４００ｎｍ近傍の青色レーザー光を用いて光ディスクの記録密度を高めることによって、記憶容量を大きくした高密度光ディスクの研究・開発が活発に行われている。このような高密度光ディスクの規格として、対物レンズ素子の像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度、光ディスクの情報記録面上に形成された保護基板厚を約０．１ｍｍとするＢｌｕ−Ｒａｙ（Ｒ）Ｄｉｓｃ（以下、「ＢＤ」と略称する）がある。
【０００３】
また、上記ＢＤ規格の他に、波長６８０ｎｍ近傍の赤色レーザー光を用い、光ディスクの情報記録面上に形成された保護基板厚を約０．６ｍｍとする規格（いわゆるＤＶＤ規格）と、波長７８０ｎｍ近傍の赤外レーザー光を用い、保護基板厚を約１．２ｍｍとする規格（いわゆるＣＤ規格）も使用されており、これらの３つの規格の少なくとも２つを互換できる対物レンズ素子が種々開発されている。
【０００４】
例えば、ＢＤとＤＶＤの２種類の情報記録媒体に互換性のある対物レンズ素子や、ＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類の情報記録媒体に互換性のある対物レンズ素子が知られている（後者については、例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７０６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＢＤとＤＶＤの２種類の情報記録媒体に互換性のある対物レンズ素子においては、第１面を対称軸（光軸）を中心とする同心円状の２つの領域に分割し、光軸に近い領域にＢＤとＤＶＤの２種類の波長に対して収差補正を行う互換領域を構成し、その外側にＢＤに最適化された外周領域を構成する。互換領域は回折構造を有しており、波長の違いによる回折角の違いを利用し、ＢＤとＤＶＤの２種類のフォーマットに対して球面収差補正を実現している。なお、第１面とは、対物レンズ素子の２つの光学機能面のうち、光源に近い方に配置された面のことをいう。換言すると、対物レンズ素子の入射面である。また、第１面と対向する面を第２面と称する。第２面とは、換言すると、対物レンズ素子の出射面である。
【０００７】
ＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類の情報記録媒体に互換性のある対物レンズ素子においては、第１面を光軸を中心とする同心円状の３つの領域に分割し、光軸に最も近い領域にＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類の波長に対して収差補正を行う互換領域を構成し、その外側にＢＤとＤＶＤの２種類の波長に対して収差補正を行う互換領域を構成し、さらにその外側にＢＤに最適化された外周領域を構成する。互換領域は回折構造を有しており、波長の違いによる回折角の違いを利用し、ＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類のフォーマットに対して球面収差補正を実現している。
【０００８】
しかしながら、上記構成の対物レンズ素子を用いる場合、複数のフォーマットに対して収差補正をしながら十分な（特に、ＤＶＤ・ＣＤの使用時における）作動距離を確保するためには、互換領域の回折パワーを強くする必要がある。
【０００９】
回折パワーを強くすると、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って互換領域中の周期的な回折構造の間隔は狭くなっていく。
【００１０】
回折構造の間隔が狭くなると回折効率が低下する。結果として互換領域を通過する光の光量が下がる。したがって、従来の対物レンズ素子では光ディスクなどの光情報媒体上に記憶される情報の記録・再生・消去を行うための十分な性能が得られない。
【００１１】
また、光軸から離れるほど回折構造の間隔は狭くなる。回折形状の間隔が狭くなると、互換領域の周縁部分の光量は大きく下がる。ＤＶＤまたはＣＤの使用時には、互換領域を通過する光のみで所定の集光スポットを形成する必要があるので、ＤＶＤまたはＣＤの開口数を決定する光の光量が下がることで実効的に開口数が下がる。この結果、光ディスク上の集光スポットが実効的に広がることで再生／記録の性能が低下する。
【００１２】
それ故に、本発明は、使用する複数の波長の少なくとも１つについて回折効率を向上させた対物レンズ素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第１波長の光と、第２波長の光とを光ディスクの情報記録面に集光可能な対物レンズ素子に関する。当該対物レンズ素子は、一方面に、光軸を含む第１領域と、前記第１領域を取り囲む第２領域とを備える。前記第１領域には、周期的な第１回折構造が形成される。前記第２領域には、前記第１回折構造とは異なる周期的な第２回折構造が形成される。本発明に係る対物レンズ素子は、以下の条件式を満足する。
｜Ａ１−Ｂ１｜＜｜Ａ２−Ｂ２｜ （１）
｜Ｂ１｜≧｜Ｂ２｜ （２）
ここで、
Ａ１：第１波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ｂ１：第２波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ａ２：第１波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数、
Ｂ２：第２波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数
である。
【００１４】
また、本発明は、第１波長の光と、第１波長より長い第２波長の光と、第２波長より長い第３波長の光を光ディスクの情報記録面に集光可能な対物レンズ素子に関する。当該対物レンズ素子は、以下の条件を満足する。
Ｌ１＜０ ・・・（３）
Ｌ２＞０ ・・・（４）
ここで、
Ｌ１：対物レンズ素子の入射側面から第２波長の光源の物点位置までの距離、
Ｌ２：対物レンズ素子の入射側面から第３波長の光源の物点位置までの距離
である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、使用する複数の波長の少なくとも１つについて回折効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の対物レンズ素子を備える光ヘッド装置の概略構成図
【図２】第１実施形態の対物レンズ素子の概略断面図
【図３】第１実施形態の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図４】第２実施形態の対物レンズ素子を備える光ヘッド装置の概略構成図
【図５】第２実施形態の対物レンズ素子１の概略断面図
【図６】第２実施形態の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図７Ａ】第３実施形態の対物レンズ素子の光路図（ＤＶＤ使用時）
【図７Ｂ】第３実施形態の対物レンズ素子の光路図（ＣＤ使用時）
【図８】実施例１の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図９】実施例２の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図１０】実施例３の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図１１】実施例４の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図１２】実施例５の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図１３】実施例６の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図１４】実施例７の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
＜１．光ヘッド装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る対物レンズ素子を備える光ヘッド装置の概略構成図である。
【００１８】
第１実施形態に係る光ヘッド装置は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とに互換性を有した構成になっている。後述する青色ビーム６１は、波長λ１の光である。波長λ１は、第１波長の一例である。また、後述する赤色光ビーム６２は、波長λ２の光である。波長λ２は、第２波長の一例である。
【００１９】
レーザー光源１から出射された青色光ビーム６１は、リレーレンズ２及び３ビーム格子３を透過し、ビームスプリッター４で反射された後、コリメートレンズ８により略平行光に変換される。コリメートレンズ８は、光軸方向に可動であり、光軸方向に移動することによって光ディスクの基材厚の誤差に起因する球面収差や、多層の情報記録面を有する媒体において情報記録面毎の基材厚の差に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した青色光ビーム６１は、１／４波長板５を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１４３に入射し、光ディスク９の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク９の情報記録面によって反射された青色光ビーム６１は、再び対物レンズ素子１４３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、１／４波長板５、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された青色光ビーム６１は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光検出器３３によって光信号として検出される。
【００２０】
レーザー光源２０から出射された赤色光ビーム６２は、３ビーム格子２２、ビームスプリッター１６、ビームスプリッター４を透過し、コリメートレンズ８に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ８は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク９の使用時と同様に、コリメートレンズ８が光軸方向に移動することによって、光ディスクの基材厚の差や、温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した赤色光ビーム６２は、１／４波長板５を透過し、発散光のまま立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１４３に入射し、光ディスク１０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク１０の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ素子１４３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、１／４波長板５，コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光検出器３３によって光信号として検出される。
【００２１】
＜２．対物レンズ素子の説明＞
次に、本実施形態の対物レンズ素子１４３について説明する。図２は、第１実施形態の対物レンズ素子１４３の概略断面図である。
【００２２】
第１実施形態に係る対物レンズ素子１４３は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とに互換性を有しており、波長λ１（４００ｎｍ近傍）の青色光を厚み０．１ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成すると共に、波長λ２（６８０ｎｍ近傍）の赤色光を厚み０．６ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成する。
【００２３】
対物レンズ素子１４３の入射側の光学機能面は、光軸を中心とする３つの領域、すなわち、光軸を含む第１領域１３１Ａと、第１領域１３１Ａを取り囲む輪帯状の第２領域１３１Ｂと、第２領域１３１Ｂを取り囲む輪帯状の外周領域１３１Ｆとに分割されている。第１領域１３１Ｂには、階段状回折構造が設けられている。第２領域１３１Ｂには、第１領域１３１Ａに設けられているものとは異なる階段状回折構造が設けられている。外周領域１３１Ｆには、鋸歯状回折構造が設けられている。
【００２４】
第１領域１３１Ａと第２領域１３１Ｂは、どちらもＢＤ、ＤＶＤ用の２波長の光のスポット形成に寄与する領域である。一方、外周領域１３１ＦはＢＤ用の光のみのスポット形成に寄与するＢＤ専用の領域である。
【００２５】
＜３．回折構造の説明＞
次に、本実施形態の対物レンズ素子１４３の回折構造について説明する。図３は、対物レンズ素子１４３の回折構造を説明するための部分拡大図である。図３において、折れ線は回折構造の表面形状を表し、この折れ線の下方部分は例えばガラス等のレンズ部材であり、折れ線の上方は空気である。なお、以下に示す回折構造の部分拡大図においても同様に、折れ線の下方をレンズ部材とし、上方を空気とする。
【００２６】
本実施形態の対物レンズ素子１４３は、主として第１領域１３１Ａと第２領域１３１Ｂと外周領域１３１Ｆとを備える。
【００２７】
本実施形態の対物レンズ素子１４３では、第１領域１３１Ａに形成される回折構造と、第２領域１３１Ｂに形成される回折構造と、外周領域１３１Ｆに形成される回折構造とが互いに異なる形状を有する。図３に示す回折構造は一例であり、他の形状の回折構造であってもよい。また、図３に示す、回折構造同士の接続部分の形状は一例であり、回折構造同士の接続部分の形状は適宜設定されうる。
【００２８】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００２９】
第１領域１３１Ａに設けられる階段状回折構造は、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、対物レンズ素子のベース面に対して略平行になっている部分の数を表している。
【００３０】
第１領域１３１Ａの階段状回折構造の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。ここで回折次数の正負について説明する。まず、第１面に入射する光が、屈折する方向を基準方向とする。第１面に入射した光が、第２面での回折によって基準方向よりも内側（光軸側）に集光される方向に進む場合を正としている。また、第１面に入射した光が、回折によって基準方向よりも外側（外周側）に集光される方向に進む場合を負としている。
【００３１】
第１領域１３１Ａに設けられる階段状回折構造の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。
【００３２】
第２領域１３１Ｂに設けられる階段状回折構造は、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが増加する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。
【００３３】
第２領域１３１Ｂの階段状回折構造の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋２次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。第２領域１３１Ｂに設けられる階段状回折構造の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。また、本実施形態において、回折次数として、それぞれの波長での回折効率が最大となる値を選択しているが、回折効率が最大とならない値を用いても良い。
【００３４】
外周領域１３１Ｆに設けられる鋸歯状回折構造の高さは、ＢＤ用の波長λ１の光の使用時に＋３次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。回折効率が最大となる回折次数は＋３次以外でも良い。ただし、外周領域１５１Ｆは、ＢＤ専用領域であって、ＢＤ以外の波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、外周領域１３１Ｆに入射した波長λ１以外の波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器７上に戻らないことが望まれる。ここでいう迷光とは、光ディスクの表面、記録面、光路上の光学部品、レンズ面等で反射して、光検出器上の信号光の強度に対して影響を与える光を指す。
【００３５】
＜４．特徴部分について＞
本実施形態に係る対物レンズ素子１４３は、以下の条件式（１）及び（２）を満たす。
｜Ａ１−Ｂ１｜＜｜Ａ２−Ｂ２｜ （１）
｜Ｂ１｜≧｜Ｂ２｜ （２）
ここで、
Ａ１：波長λ１の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ｂ１：波長λ２の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ａ２：波長λ１の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数、
Ｂ２：波長λ２の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数
である。
【００３６】
本実施形態では、条件式（１）及び（２）を満足するように第１領域１３１Ａの回折次数と第２領域１３１Ｂの回折次数とを選択することで、第２領域１３１Ｂの周期構造を構成する各輪帯の幅を、第１領域１３１Ａの周期構造を構成する各輪帯の幅に対して広くすることができる。その結果、回折効率が向上する。以下、回折効率が向上する理由について説明する。
【００３７】
まず、ＢＤとＤＶＤの作動距離について説明する。作動距離とは、対物レンズ素子１４３と情報記録媒体の表面との間の距離である。
【００３８】
作動距離が短くなると、対物レンズ素子１４３と情報記録媒体とが接触するおそれがある。しかし、ＢＤの場合、作動距離を長くしてしまうと、焦点距離が長くなってしまうために所望の開口数を得るために対物レンズ素子の径を大きくしなければならない。また作動距離が長いと製造誤差による性能の悪化が大きい。そのため、ＢＤ使用時の作動距離を長くすることは困難である。
【００３９】
一方で、ＤＶＤに関しては、ＢＤに比べて、作動距離をある程度長くしても性能を確保することができる。そのため、対物レンズ素子１４３と情報記録媒体（ここではＤＶＤ）との接触を防ぐため、ＤＶＤ使用時の作動距離をある程度長く設計することができる。
【００４０】
ＤＶＤの作動距離を長くするためには、回折パワーを強くする必要がある。
【００４１】
回折パワーを増大させるには、回折構造の周期を短くする必要がある。しかし、回折構造の周期が短くなると、回折効率が低下する。特に、ＤＶＤ用の光の回折効率が低下する。その結果、ＤＶＤに必要な性能を実現することができなくなる。
【００４２】
そこで、本実施形態では、少なくとも１つの波長光の回折効率（ここではＤＶＤの回折効率）の低下を防ぐため、第１領域のＢＤの回折次数を＋１次、ＤＶＤの回折次数を−１次とし、第２領域のＢＤの回折次数を＋２次、ＤＶＤの回折次数−１次としている。
【００４３】
このように、本実施形態では、第２領域１３１ＢのＢＤ用の光に対する回折次数を、第１領域１３１ＡのＢＤ用の光に対する回折次数よりも高くして、第２領域１３１ＢのＤＶＤ用の光に対する回折次数を、第１領域１３１ＡのＤＶＤ用の光に対する回折次数と同じにした。すなわち、第１領域１３１ＡにおけるＢＤの回折次数とＤＶＤの回折次数との差に対して、第２領域１３１ＢにおけるＢＤの回折次数とＤＶＤの回折次数との差を大きくした。
【００４４】
回折次数の差が大きいと、ＢＤの回折光とＤＶＤの回折光との角度差も大きくなる。回折次数の差を大きくした状態で、第１領域１３１Ａと第２領域１３１Ｂとを通過したＢＤ用の回折光やＤＶＤ用の回折光を集光して所望のスポットを形成するためには、中間領域におけるＢＤ用の回折光とＤＶＤ用の回折光との間の角度差を小さくする必要がある。そこで、ＢＤ用の回折光とＤＶＤ用の回折光との間の角度差を小さくするために、第２領域１３１Ｂの回折パワーを弱くした。
【００４５】
回折パワーを弱くしたので、回折構造の周期を広く取れる。回折構造の周期を広く取ることによって、回折効率の低下を防ぐことができる。本実施形態の場合、ＤＶＤ用の光の回折効率が大きく向上することになる。
【００４６】
（第２実施形態）
＜１．光ヘッド装置の説明＞
図４は、第２実施形態に係る対物レンズ素子を備える光ヘッド装置の概略構成図である。
【００４７】
第２実施形態に係る光ヘッド装置は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格に互換性を有した構成になっている。後述する青色ビームは、波長λ１の光である。波長λ１は、第１波長の一例である。また、後述する赤色光ビーム６２は、波長λ２の光である。波長λ２は、第２波長の一例である。また、後述する赤外光ビーム６３は、波長λ３の光である。波長λ３は、第３波長の一例である。
【００４８】
レーザー光源１から出射された青色光ビーム６１は、リレーレンズ２及び３ビーム格子３を透過し、ビームスプリッター４で反射された後、コリメートレンズ８により略平行光に変換される。コリメートレンズ８は、光軸方向に可動であり、光軸方向に移動することによって光ディスクの基材厚の誤差に起因する球面収差や、多層の情報記録面を有する媒体において情報記録面毎の基材厚の差に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した青色光ビーム６１は、１／４波長板５を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１４３に入射し、光ディスク９の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク９の情報記録面によって反射された青色光ビーム６１は、再び対物レンズ素子１４３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、１／４波長板５、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された青色光ビーム６１は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光検出器３３によって光信号として検出される。
【００４９】
本実施形態に係るレーザー光源２０は、赤色光と赤外光を選択的に出射する２波長レーザー光源である。レーザー光源２０から出射された赤色光ビーム６２は、３ビーム格子２２、ビームスプリッター１６、ビームスプリッター４を透過し、コリメートレンズ８に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ８は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク９の使用時と同様に、コリメートレンズ８が光軸方向に移動することによって、光ディスクの基材厚の差や、温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した赤色光ビーム６２は、１／４波長板５を透過し、発散光のまま立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１６３に入射し、光ディスク１０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク１０の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ素子１６３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、１／４波長板５、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光検出器３３によって光信号として検出される。
【００５０】
レーザー光源２０から出射された赤外光ビーム６３は、３ビーム格子２２、ビームスプリッター１６、ビームスプリッター４を透過し、コリメートレンズ８に入射し、発散光に変換される。コリメートレンズ８から出射された赤外光ビーム６３は、１／４波長板５を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１６３に入射し、光ディスク１１の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク１１の情報記録面上で反射された赤外光ビーム６３は、再び対物レンズ素子１６３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、１／４波長板５、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過しビームスプリッター１６で反射された後、検出レンズ３２によって集光され、光検出器３３で光信号として検出される。
【００５１】
＜２．対物レンズ素子の説明＞
次に、本実施形態の対物レンズ素子１６３について説明する。図５は、本実施形態の対物レンズ素子１６３の概略断面図である。
【００５２】
第２実施形態に係る対物レンズ素子１６３は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格とに互換性を有しており、波長λ１（４００ｎｍ近傍）の青色光を厚み０．１ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ２（６８０ｎｍ近傍）の赤色光を厚み０．６ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ３（７８０ｎｍ近傍）の赤外光を厚み１．２ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成する。
【００５３】
対物レンズ素子１６３の入射側の光学機能面は、光軸を中心とする４つの領域、すなわち、光軸を含む第１領域１５１Ａと、第１領域１５１Ａを取り囲む輪帯状の第２領域１５１Ｂと、第２領域１５１Ｂを取り囲む輪帯状の第３領域１５１Ｃと、第３領域１５１Ｃを取り囲む輪帯状の外周領域１５１Ｆとに分割されている。第１領域１５１Ａ、第２領域１５１Ｂ、第３領域１５１Ｃには、それぞれ異なる階段状回折構造が設けられ、外周領域１５１Ｆには、鋸歯状回折構造が設けられている。
【００５４】
第１領域１５１Ａと第２領域１５１Ｂとは、どちらもＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ用の３波長の光のスポット形成に寄与する領域である。第３領域１５１Ｃは、ＢＤ、ＤＶＤ用の２波長の光のスポット形成に寄与する領域である。外周領域１３１ＦはＢＤの光のみのスポット形成に寄与するＢＤ専用の領域である。
【００５５】
＜３．回折構造の説明＞
次に、本実施形態の対物レンズ素子１６３の回折構造について説明する。図６は、対物レンズ素子１６３の回折構造を説明するための部分拡大図である。
【００５６】
本実施形態の対物レンズ素子１６３は、主として第１領域１５１Ａと第２領域１５１Ｂと第３領域１５１Ｃと外周領域１５１Ｆとを備える。
【００５７】
本実施形態の対物レンズ素子１６３では、第１領域１５１Ａに形成される回折構造と、第２領域１５１Ｂに形成される回折構造と、第３領域１５１Ｃに形成される回折構造と、外周領域１５１Ｆに形成される回折構造は互いに異なる形状を有する。図６に示す回折構造は一例であり、他の形状の回折構造であってもよい。また、図６に示す回折構造同士の接続部分の形状は一例であり、回折構造同士の接続部分の形状は適宜設定されうる。
【００５８】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００５９】
第１領域１５１Ａに設けられる階段状回折構造は、対物レンズ素子１６３の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、対物レンズ素子１６３のベース面に対して略平行になっている部分の数を表している。
【００６０】
第１領域１５１Ａの階段状回折構造の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋２次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ３の赤外光の使用時には−２次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。ここで回折次数の正負について説明する。まず、第１面に入射する光が、屈折する方向を基準方向とする。第１面に入射した光が、第２面での回折によって基準方向よりも内側（光軸側）に集光される方向に進む場合を正としている。
【００６１】
第１領域１５１Ａに設ける階段状回折構造の１周期は、必ずしも６レベルの段差から構成されている必要はなく、６以外のレベルの段差で構成されていても良い。
【００６２】
第２領域１５１Ｂに設けられる階段状回折構造は、対物レンズ素子１６３の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する８レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。第２領域１５１Ｂの階段状回折構造の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋２次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−２次回折光の回折効率が最大となり、波長λ３の赤外光の使用時には−３次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。第２領域１５１Ｂに設けられる階段状回折構造の１周期は、必ずしも８レベルの段差から構成されている必要はなく、８以外のレベルの段差で構成されていても良い。また、本実施形態において、回折次数として、それぞれの波長での回折効率が最大となる値を選択しているが、回折効率が最大とならない値を用いても良い。
【００６３】
第３領域１５１Ｃに設けられる階段状回折構造は、対物レンズ素子１６３の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。第３領域１５１Ｃの階段状回折構造の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。第３領域１５１Ｃに設ける階段状回折構造の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。また、本実施形態において、回折次数として、それぞれの波長での回折効率が最大となる値を選択しているが、回折効率が最大とならない値を用いても良い。
【００６４】
外周領域１５１Ｆに設けられる鋸歯状回折構造の段差高さは、ＢＤ用の波長λ１の光の使用時に＋３次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。回折効率が最大となる回折次数は＋３次以外でも良い。ただし、外周領域１５１Ｆは、ＢＤ専用領域であって、ＢＤ以外の波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、外周領域１５１Ｆに入射した波長λ１以外の波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器７上に戻らないことが望まれる。ここでいう迷光とは、光ディスクの表面、記録面、光路上の光学部品、レンズ面等で反射して、光検出器上の信号光の強度に対して影響を与える光を指す。
【００６５】
＜４．特徴部分について＞
本実施形態に係る対物レンズ素子１６３は、以下の条件式（１）及び（２）を満たす。
｜Ａ１−Ｂ１｜＜｜Ａ２−Ｂ２｜ （１）
｜Ｂ１｜≧｜Ｂ２｜ （２）
ここで、
Ａ１：波長λ３の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ｂ１：波長λ１の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ａ２：波長λ３の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数、
Ｂ２：波長λ１の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数
である。
【００６６】
条件式（１）及び（２）を満足するように第１領域１３１Ａの回折次数と第２領域１３１Ｂの回折次数を選択することで、第２領域１５１Ｂの周期構造の輪帯の間隔を、第１領域１５１Ａの周期構造の輪帯の間隔に対して広くすることができる。その結果、回折効率が向上する。以下、回折効率が向上する理由について説明する。
【００６７】
まず、ＢＤとＣＤの作動距離について説明する。作動距離とは、対物レンズ素子１６３と情報記録媒体の表面との間の距離である。
【００６８】
作動距離が短くなると、対物レンズ素子１６３と情報記録媒体とが接触するおそれがある。しかし、ＢＤの場合、作動距離を長くしてしまうと、焦点距離が長くなってしまうために所望の開口数を得るために対物レンズ素子の径を大きくしなければならない。また作動距離が長いと製造誤差による性能の悪化が大きい。そのため、ＢＤ使用時の作動距離を長くすることは困難である。
【００６９】
一方で、ＣＤに関しては、ＢＤに比べて、作動距離をある程度長くしても性能を確保することができる。そのため、対物レンズ素子１４３と情報記録媒体（ここではＣＤ）との接触を防ぐため、ＣＤ使用時の作動距離をある程度長く設計することができる。
【００７０】
ＣＤの作動距離を長くするためには、回折パワーを強くする必要がある。
【００７１】
回折パワーを増大させるには、回折構造の周期を短くする必要がある。しかし、回折構造の周期が短くなると、回折効率が低下する。特に、ＣＤ用の光の回折効率が低下する。その結果、ＣＤに必要な性能を実現することができなくなる。
【００７２】
そこで、本実施形態では、少なくとも１つの波長光の回折効率（ここはＣＤの回折効率）の低下を防ぐため、第１領域１４１ＡのＢＤの回折次数が＋２次、ＣＤの回折次数が−２次となっており、第２領域１５１ＢのＢＤの回折次数が＋２次、ＣＤの回折次数が−３次となっている。
【００７３】
このように、本実施形態では、第２領域１５１ＢのＢＤ用の光に対する回折次数を、第１領域１５１ＡのＢＤ用の光の回折次数と同じにし、第２領域１５１ＢのＣＤ用の光に対する回折次数の絶対値を、第１領域１５１ＡのＣＤ用の光に対する回折次数の絶対値より大きくした。すなわち、第１領域１５１ＡにおけるＢＤ用の回折次数とＣＤ用の回折次数との差に対して、第２領域１５１ＢにおけるＢＤ用の回折次数とＣＤ用の回折次数との差を大きくした。
【００７４】
回折次数の差が大きいと、ＢＤ用の回折光とＣＤ用の回折光との間の角度差も大きくなる。回折次数の差を大きくした状態で、第１領域１５１Ａと第２領域１５１Ｂとを通過したＢＤ用の回折光やＣＤ用の回折光を集光して所望のスポットを形成するためには、第２領域１５１ＢにおけるＢＤ用の回折光とＣＤ用の回折光との間の角度差を小さくする必要がある。そこで、ＢＤ用の回折光とＣＤ用の回折光との間の角度差を小さくするために、第２領域１５１Ｂの回折パワーを弱くした。
【００７５】
回折パワーを弱くしたので、回折構造の周期を広く取れる。回折構造の周期を広く取ることによって、回折効率の低下を防ぐことができる。これは回折パワーの増大を、高次次数の回折光を使うことで抑えることができるためである。
【００７６】
第１領域１５１ＡにおけるＢＤ用の光（波長λ１）の回折次数が＋２次、ＣＤ用の光（波長λ３）の回折次数が−２次であるのに対し、第２領域１５１ＢではＢＤ用の光（波長λ１）の回折次数が＋２次、ＣＤ用の光（波長λ３）の回折次数が−３次となっている。ＣＤ用の光の回折次数の絶対値は、第１領域１５１Ａよりも第２領域１５１Ｂの方が大きいため、ＣＤ用の光の回折角は、第２領域１５１Ｂの方が第１領域１５１Ａに比べて大きくなる。それに対してＢＤの場合、回折次数は第１領域１５１Ａと第２領域１５１Ｂで同じである。
【００７７】
このように第１領域１５１Ａと第２領域１５１Ｂとで、ＢＤ用の光とＣＤ用の光の回折次数の差を大きくすることで、同じ作動距離を確保するための回折パワーが小さくて済む。つまり第２領域１５１Ｂの周期的な回折形状の間隔が、第１領域１５１Ａの回折形状の間隔に対して広くなっている。本実施形態では、このような構成にすることで、ＢＤ用の光の回折効率が大きく向上することになる。
【００７８】
なお、第２実施形態ではＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３波長の光のスポット形成に寄与する領域を例に挙げて説明したが、これをＢＤ、ＤＶＤの２波長の光のスポット形成に寄与する領域に関して適用してもよい。すなわち、Ｂ１を波長λ２の波長の光に対する第１領域の回折次数とし、Ｂ２を波長λ２の光に対する第２領域の回折次数とした場合に、上記の条件式（１）及び（２）を満足するように回折次数を選択すれば良い。
【００７９】
つまり、第１領域をＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３波長の光のスポット形成に寄与する領域とし、第２領域及び第３領域をＢＤ、ＤＶＤの２波長の光のスポット形成に寄与する領域とし、外周領域をＢＤの光のみのスポット形成に寄与するＢＤ専用の領域と構成してもよい。このとき、第２領域及び第３領域の回折構造は、第１実施形態の条件式（１）及び（２）を満たせばよい。これによってＢＤ及びＤＶＤのいずれかの回折効率を向上することが可能になる。
【００８０】
（第３実施形態）
図７Ａ及び７Ｂは、本発明の第３実施形態の対物レンズの光路図である。より詳細には、図７Ａは、ＤＶＤ使用時の光路図であり、図７Ｂは、ＣＤ使用時の光路図である。
【００８１】
本実施形態に係る対物レンズ素子１８３は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。対物レンズ素子１８３は、ＢＤ用の波長λ１の光を基材厚ｔ１の基板を通して情報記録面に集光してスポットを形成し、ＤＶＤ用のλ２の光を基材厚ｔ２の基板を通して情報記録面に集光してスポットを形成し、ＣＤ用のλ３の光を基材厚ｔ３の基板を通して情報記録面に集光してスポットを形成することが可能である（ただし、λ１＜λ２＜λ３、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）。ここで、対物レンズ素子１８３は、ＢＤ用の光の使用時において、入射面に平行光束が入射した場合の球面収差が小さくなるように設計されている。同時に、対物レンズ素子１８３は、ＤＶＤ用の光の使用時において、入射面に収束光束が入射した場合の球面収差が同じ波長の平行光束が入射した場合の球面収差より小さくなり、かつ、ＣＤ用の光の使用時において、入射面に発散光束が入射した場合の球面収差が同じ波長の平行光束が入射した場合の球面収差より小さくなるように設計されている。
【００８２】
そして、本実施形態に係る対物レンズ素子１８３は、以下の条件を満足する。
Ｌ１＜０ ・・・（３）
Ｌ２＞０ ・・・（４）
ここで、
Ｌ１：対物レンズ素子の入射側面から波長λ２の光源の物点位置までの距離、
Ｌ２：対物レンズ素子の入射側面から波長λ３の光源の物点位置までの距離、
である。
【００８３】
尚、物点距離は、対物レンズ素子１８３の入射面に対して物点位置が光源側（図７Ａ及び７Ｂの左側）にある場合を正とし、光ディスク側（図７Ａ及び７Ｂの右側）にある場合を負とする。
【００８４】
本実施形態によれば、ＢＤ用の光の使用時における光学性能を最適化しつつ、ＤＶＤ及びＣＤに対する光学性能も確保することができるので、光学性能に優れた３波長互換の対物レンズ素子１８３を実現できる。
【実施例】
【００８５】
以下、本発明の実施例をコンストラクションデータと具体的な回折効率の値を説明する。尚、各実施例において、非球面係数が与えられた面は、非球面形状の屈折光学面又は非球面と等価な屈折作用を有する面（例えば回折面等）であることを示す。非球面の面形状は、以下の数１によって定義される。
【数１】
ここで、
Ｘ：光軸からの高さがｈである非球面状の点の非球面頂点の接平面からの距離、
ｈ：光軸からの高さ、
Ｃｊ：レンズの第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）、
ｋｊ：レンズの第ｊ面の円錐定数、
Ａｊ，ｎ：レンズの第ｊ面のｎ次の非球面定数
である。
【００８６】
また、光学面に付加された回折構造によって生じる位相差は、以下の数２で与えられる。
【数２】
ここで、
φ（ｈ）：位相関数
ｈ：光軸からの高さ
Ｐｊ，ｍ：レンズの第ｊ面の２ｍ次の位相関数係数
Ｍ：回折次数
【００８７】
図８、９、１０、１１、１２は、実施例１、２、３、４、５の対物レンズ素子の回折構造の部分拡大図である。具体的には、図８〜１２は、第１領域と第２領域とで構成される互換領域を拡大した図である。図８〜１２において、折れ線で表される回折形状の下方をレンズ部材とし、回折形状の上方を空気とする。
【００８８】
（実施例１）
実施例１は、第１実施形態に対応する。実施例１に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面も、第１領域と外周領域に分割されており、それぞれには異なる非球面が設けられている。実施例１に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．３０ｍｍ、開口数（ＮＡ）０．８６、情報記録媒体の保護層厚０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．４５ｍｍ、ＮＡ０．６、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。
【００８９】
表１及び２に実施例１に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表１】
【表２】
【００９０】
表３Ａ〜３Ｅに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表３Ａ】
【表３Ｂ】
【表３Ｃ】
【表３Ｄ】
【表３Ｅ】
【００９１】
実施例１の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表３Ａ〜３Ｅの輪帯周期とは、図８の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第３３輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図８の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。
【００９２】
表４に、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表４】
【００９３】
実施例１の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する４レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表４の輪帯周期とは、図８の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図８の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。
【００９４】
表５に、第１面の外周領域に設けた鋸歯状回折構造の輪帯周期を示す。
【表５】
【００９５】
表５における輪帯周期は、外周領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、第４輪帯、…、第９輪帯が設けられている。
【００９６】
表６Ａ〜６Ｅに、第１面の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第３段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第４段差の高さは、逆方向に３．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表６Ａ】
【表６Ｂ】
【表６Ｃ】
【表６Ｄ】
【表６Ｅ】
【００９７】
表７に、第１面の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第３段差の高さは、ＤＶＤの設計波長の光に対して０．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第４段差の高さは、逆方向に０．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表７】
【００９８】
表８に、第１面の外周領域に設けた鋸歯状回折構造の段差高さを示す。また、鋸歯状回折構造の段差高さは、ＢＤの設計波長の光に対して３波長分の位相差を付与するように設計されており、＋３次回折光を使用する。
【表８】
【００９９】
表９に第１領域の第３３輪帯と第２領域の第２輪帯の回折効率を示す。第２領域の第２輪帯は本実施例においてＤＶＤ用の光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表９】
【０１００】
第１領域の第３３輪帯の輪帯周期は約１３μｍであり、ＤＶＤ用の光の回折効率は約５８％である。これに対して、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１４８μｍであり、その回折効率は約７８％である。したがって、第１領域の第３３輪帯によるＤＶＤ用の光の回折効率は、第１輪帯の回折効率に比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率では記録面状でのスポット径が大きくなりＤＶＤの再生／記録性能が悪化する。
【０１０１】
一方、第２領域の第２輪帯の輪帯周期は約１７μｍである。第２領域の第２輪帯におけるＤＶＤ用の光の回折効率は約７２％であり、第１領域の第３３輪帯に対して大幅に向上している。これによってＤＶＤ用の光が入射したときのビームスポットの広がりを抑えられる。その結果再生／記録性能が向上する。
【０１０２】
（実施例２）
実施例２は、第２実施形態に対応する。実施例２に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む第３領域と、第３領域を取り囲む外周領域とに分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状回折構造が設けられている。第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面である。実施例２に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０５ｎｍ、焦点距離１．２０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６５０ｎｍ、焦点距離１．４５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８０ｎｍ、焦点距離１．６４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【０１０３】
表１０及び１１に実施例２に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表１０】
【表１１】
【０１０４】
表１２Ａ〜１２Ｆに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表１２Ａ】
【表１２Ｂ】
【表１２Ｃ】
【表１２Ｄ】
【表１２Ｅ】
【表１２Ｆ】
【０１０５】
実施例２の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるにしたがって１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表１２Ａ〜１２Ｆの輪帯周期とは、図９の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第２８輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図９の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第６段差とする。
【０１０６】
表１３に、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表１３】
【０１０７】
実施例２の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表１３の輪帯周期とは、図９の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図９の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第８段差とする。
【０１０８】
表１４Ａ〜１４Ｆに、実施例２の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第５段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．３３波長分の位相差を付与するように設計され、第６段差の高さは、逆方向に６．６５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表１４Ａ】
【表１４Ｂ】
【表１４Ｃ】
【表１４Ｄ】
【表１４Ｅ】
【表１４Ｆ】
【０１０９】
表１５に、実施例２の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第７段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第８段差の高さは、逆方向に８．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表１５】
【０１１０】
尚、図示はしていないが、実施例２の第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が構成されている。更に、実施例２の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１１１】
表１６に第１領域の第２８輪帯と第２領域の第３輪帯の回折効率を示す。第２領域の第３輪帯は本実施例においてＣＤ光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表１６】
【０１１２】
第１領域の第２８輪帯における輪帯周期は約１３μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約４４％である。これに対して、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１４２μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約６７％である。したがって、第１領域の第２８輪帯によるＢＤ用の光の回折効率は、第１輪帯の回折効率と比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率ではＢＤの再生／記録時の光量が不足する。
【０１１３】
これに対して、第２領域の第３輪帯の輪帯周期は約２２μｍである。第２領域の第３輪帯におけるＢＤ用の光の回折効率は約６０％であり、第１領域の第２８輪帯の回折効率と比べて大幅に向上している。これによってＢＤの再生／記録時の光量不足を抑えられる。
【０１１４】
（実施例３）
実施例３に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む第３領域と、第３領域を取り囲む外周領域とに分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する７レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する９レベルの階段状回折構造が設けられている。第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面である。実施例２に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．３０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８７ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．５７ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８５ｎｍ、焦点距離１．７５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【０１１５】
表１７及び１８に実施例３に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表１７】
【表１８】
【０１１６】
表１９Ａ〜１９Ｅに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表１９Ａ】
【表１９Ｂ】
【表１９Ｃ】
【表１９Ｄ】
【表１９Ｅ】
【０１１７】
実施例３の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する７レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表１９Ａ〜１９Ｅの輪帯周期とは、図１０の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第２０輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１０の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第７段差とする。
【０１１８】
表２０Ａ及び２０Ｂに、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表２０Ａ】
【表２０Ｂ】
【０１１９】
実施例３の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する９レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表２０Ａ及び２０Ｂの輪帯周期とは、図１０の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、…、第５輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１０の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第９段差とする。
【０１２０】
表２１Ａ〜２１Ｅに、実施例３の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第６段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．１４波長分の位相差を付与するように設計され、第７段差の高さは、逆方向に６．８４波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表２１Ａ】
【表２１Ｂ】
【表２１Ｃ】
【表２１Ｄ】
【表２１Ｅ】
【０１２１】
表２２Ａ及び２２Ｂに、実施例３の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第８段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．１１波長分の位相差を付与するように設計され、第９段差の高さは、逆方向に８．８８波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表２２Ａ】
【表２２Ｂ】
【０１２２】
尚、図示はしていないが、実施例３の第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が構成されている。実施例３の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１２３】
表２３に第１領域の第２０輪帯と第２領域の第５輪帯の回折効率を示す。第２領域の第５輪帯は本実施例においてＣＤ用の光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表２３】
【０１２４】
第１領域の第２０輪帯における輪帯周期は約１６μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約４３％である。一方、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１６６μｍであり、第１輪帯におけるＢＤ用の光の回折効率は、約８９％である。したがって、第１領域の第２０輪帯における回折効率は、第１輪帯における回折効率と比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率ではＢＤの再生／記録時の光量が不足する。これに対して第２領域の第５輪帯の輪帯周期は約１３μｍである。第２領域の第５輪帯におけるＢＤ光の回折効率は約５８％であり、第１領域の第２０輪帯と比べて大幅に向上している。これによってＢＤの再生／記録時の光量不足を抑えられる。
【０１２５】
（実施例４）
実施例４に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する６レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面が設けられている。実施例４に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．２２ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．４０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。
【０１２６】
表２４及び２５に実施例４に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表２４】
【表２５】
【０１２７】
表２６Ａ〜２６Ｆに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表２６Ａ】
【表２６Ｂ】
【表２６Ｃ】
【表２６Ｄ】
【表２６Ｅ】
【表２６Ｆ】
【０１２８】
実施例４の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表２６Ａ〜２６Ｆの輪帯周期とは、図１１の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第２６輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１１の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第６段差とする。
【０１２９】
表２７Ａ及び２７Ｂに、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表２７Ａ】
【表２７Ｂ】
【０１３０】
実施例４の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する６レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表２７Ａ及び２７Ｂの輪帯周期とは、図１１の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、…、第７輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１１の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第６段差とする。
【０１３１】
表２８Ａ〜２８Ｆに、実施例４の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第５段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．３３波長分の位相差を付与するように設計され、第６段差の高さは、逆方向に６．６５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表２８Ａ】
【表２８Ｂ】
【表２８Ｃ】
【表２８Ｄ】
【表２８Ｅ】
【表２８Ｆ】
【０１３２】
表２９Ａ及び２９Ｂに、実施例４の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第５段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して０．８４波長分の位相差を付与するように設計され、第６段差の高さは、逆方向に４．２０波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表２９Ａ】
【表２９Ｂ】
【０１３３】
尚、図示はしていないが、実施例４の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１３４】
表３０に、第１領域の第２６輪帯と第２領域の第８輪帯の回折効率を示す。第２領域の第８輪帯は本実施例においてＤＶＤ用の光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表３０】
【０１３５】
第１領域の第２６輪帯における輪帯周期は約１３μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約４６％である。一方、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１３６μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約６７％である。したがって、第１領域の第２６輪帯における回折効率は、第１輪帯と比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率ではＢＤの再生／記録時の光量が不足する。
【０１３６】
これに対して第２領域の第８輪帯の輪帯周期は約１３μｍである。第２領域の第８輪帯におけるＢＤ用の光の回折効率は約６３％であり、第１領域の第２６輪帯と比べて大幅に向上している。これによってＢＤの再生／記録時の光量不足を抑えられる。
【０１３７】
（実施例５）
実施例５に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する７レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面が設けられている。実施例４に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．０９ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．３２ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。
【０１３８】
表３１及び３２に実施例５に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表３１】
【表３２】
【０１３９】
表３３Ａ〜３３Ｅに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表３３Ａ】
【表３３Ｂ】
【表３３Ｃ】
【表３３Ｄ】
【表３３Ｅ】
【０１４０】
実施例５の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表３３Ａ〜３３Ｅの輪帯周期とは、図１２の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第２０輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１２の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第８段差とする。
【０１４１】
表３４Ａ及び３４Ｂに、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表３４Ａ】
【表３４Ｂ】
【０１４２】
実施例５の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する７レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表３４Ａ及び３４Ｂの輪帯周期とは、図１２の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、…、第５輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１２の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第７段差とする。
【０１４３】
表３５Ａ〜３５Ｅに、実施例５の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第７段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第８段差の高さは、逆方向に８．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表３５Ａ】
【表３５Ｂ】
【表３５Ｃ】
【表３５Ｄ】
【表３５Ｅ】
【０１４４】
表３６Ａ及び３６Ｂに、実施例５の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第６段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して０．２６波長分の位相差を付与するように設計され、第７段差の高さは、逆方向に１．５６波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表３６Ａ】
【表３６Ｂ】
【０１４５】
尚、図示はしていないが、実施例５の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１４６】
表３７に第１領域の第２０輪帯と第２領域の第６輪帯の回折効率を示す。第２領域の第６輪帯は本実施例においてＤＶＤ用の光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表３７】
【０１４７】
第１領域の第２０輪帯における輪帯周期は約１６μｍであり、ＤＶＤ用の光の回折効率は約２２％である。一方、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１５９μｍであり、ＤＶＤ用の光の回折効率は約７５％である。したがって、第１領域の第２０輪帯における回折効率は、第１輪帯と比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率では記録面状でのスポット径が大きくなりＤＶＤの再生／記録性能が悪化する。
【０１４８】
これに対して、第２領域の第６輪帯の輪帯周期は約２２μｍである。第２領域の第６輪帯におけるＤＶＤ用の光の回折効率は約８５％であり、第１領域の第２０輪帯と比べて大幅に向上している。これによってＤＶＤ光が入射したときのビームスポットの広がりを抑えられる。その結果再生／記録性能が向上する。
【０１４９】
表３８に実施例１〜５に係る対物レンズ素子の回折次数の関係を示す。
【表３８】
【０１５０】
図１３及び１４は、実施例６及び７の対物レンズ素子の回折構造の部分拡大図である。具体的には、図１３及び１４、第１領域と第２領域とで構成される互換領域を拡大した図である。図１３及び１４において、折れ線で表される回折形状の下方をレンズ部材とし、回折形状の上方を空気とする。
【０１５１】
（実施例６）
実施例６は、第３実施形態に対応する。実施例６に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む第３領域と、第３領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状回折構造が設けられている。第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面である。実施例６に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０５ｎｍ、焦点距離１．２０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６５０ｎｍ、焦点距離１．４５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８０ｎｍ、焦点距離１．６４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【０１５２】
表３９及び４０に実施例６に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表３９】
【表４０】
【０１５３】
表４１Ａ〜４１Ｆに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表４１Ａ】
【表４１Ｂ】
【表４１Ｃ】
【表４１Ｄ】
【表４１Ｅ】
【表４１Ｆ】
【０１５４】
実施例６の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるにしたがって１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表４１Ａ〜４１Ｆの輪帯周期とは、図１３の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第２８輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１３の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第６段差とする。
【０１５５】
表４２に、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表４２】
【０１５６】
実施例６の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表４２の輪帯周期とは、図１３の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１３の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第８段差とする。
【０１５７】
表４３Ａ〜４３Ｆに、実施例６の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第５段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．３３波長分の位相差を付与するように設計され、第６段差の高さは、逆方向に６．６５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表４３Ａ】
【表４３Ｂ】
【表４３Ｃ】
【表４３Ｄ】
【表４３Ｅ】
【表４３Ｆ】
【０１５８】
表４４に、実施例６の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第７段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第８段差の高さは、逆方向に８．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表４４】
【０１５９】
尚、図示してはいないが、実施例６の第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が構成されている。実施例６の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１６０】
表４５に第１領域の第２８輪帯と第２領域の第２輪帯の回折効率を示す。第２領域の第２輪帯は本実施例においてＣＤ用の光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表４５】
【０１６１】
第１領域の第２８輪帯における輪帯周期は約１４μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約４５％である。一方、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１４４μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約６７％である。したがって、第１領域の第２８輪帯における回折効率は、第１輪帯と比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率ではＢＤの再生／記録時の光量が不足する。
【０１６２】
これに対して第２領域の第２輪帯の輪帯周期は約２１μｍである。第２領域の第２輪帯におけるＢＤ用の光の回折効率は約５７％であり、第１領域の第２８輪帯に対して大幅に向上している。これによってＢＤの再生／記録時の光量不足を抑えられる。
【０１６３】
（実施例７）
実施例７は、第３実施形態に対応する。実施例７に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む外周領域とに分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面である。実施例７に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．８０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８７５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６５８ｎｍ、焦点距離２．０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８５ｎｍ、焦点距離２．１ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【０１６４】
表４６及び４７に実施例７に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表４６】
【表４７】
【０１６５】
表４８Ａ〜４８Ｄに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表４８Ａ】
【表４８Ｂ】
【表４８Ｃ】
【表４８Ｄ】
【０１６６】
実施例７の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるにしたがって１段ずつ単調に高さが増加する８レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表４８Ａ〜４８Ｄの輪帯周期とは、図１４の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第１６輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１４の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第８段差とする。
【０１６７】
表４９Ａ及び４９Ｂに、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表４９Ａ】
【表４９Ｂ】
【０１６８】
実施例６の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する４レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表４９Ａ及び４９Ｂの輪帯周期とは、図１４の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、…、第１０輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１４の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第４段差とする。
【０１６９】
表５０Ａ〜５０Ｄに、実施例７の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第７段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第８段差の高さは、逆方向に８．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表５０Ａ】
【表５０Ｂ】
【表５０Ｃ】
【表５０Ｄ】
【０１７０】
表５１Ａ及び５１Ｂに、実施例７の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第３段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第４段差の高さは、逆方向に８．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表５１Ａ】
【表５１Ｂ】
【０１７１】
尚、図示してはいないが、実施例７の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１７２】
表５２に実施例６及び７における物点距離を示す。
【表５２】
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明は、波長の異なる光を用いる複数の規格の光ディスクに対して、情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行うために用いられる対物レンズ素子及びこれを用いた光ヘッド装置に利用できる
【符号の説明】
【０１７４】
１ レーザー光源
７ 光検出器
９ 光ディスク
１０ 光ディスク
１１ 光ディスク
２０ レーザー光源
３３ 光検出器
１３１Ａ 第１領域
１３１Ｂ 第２領域
１３１Ｆ 外周領域
１５１Ａ 第１領域
１５１Ｂ 第２領域
１５１Ｃ 第３領域
１５１Ｆ 外周領域
１４３ 対物レンズ素子
１６３ 対物レンズ素子
１８３ 対物レンズ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクなどの光情報媒体上に対して情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行うために用いられる対物レンズ素子及びこれを備える光ヘッド装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長４００ｎｍ近傍の青色レーザー光を用いて光ディスクの記録密度を高めることによって、記憶容量を大きくした高密度光ディスクの研究・開発が活発に行われている。このような高密度光ディスクの規格として、対物レンズ素子の像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度、光ディスクの情報記録面上に形成された保護基板厚を約０．１ｍｍとするＢｌｕ−Ｒａｙ（Ｒ）Ｄｉｓｃ（以下、「ＢＤ」と略称する）がある。
【０００３】
また、上記ＢＤ規格の他に、波長６８０ｎｍ近傍の赤色レーザー光を用い、光ディスクの情報記録面上に形成された保護基板厚を約０．６ｍｍとする規格（いわゆるＤＶＤ規格）と、波長７８０ｎｍ近傍の赤外レーザー光を用い、保護基板厚を約１．２ｍｍとする規格（いわゆるＣＤ規格）も使用されており、これらの３つの規格の少なくとも２つを互換できる対物レンズ素子が種々開発されている。
【０００４】
例えば、ＢＤとＤＶＤの２種類の情報記録媒体に互換性のある対物レンズ素子や、ＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類の情報記録媒体に互換性のある対物レンズ素子が知られている（後者については、例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７０６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＢＤとＤＶＤの２種類の情報記録媒体に互換性のある対物レンズ素子においては、第１面を対称軸（光軸）を中心とする同心円状の２つの領域に分割し、光軸に近い領域にＢＤとＤＶＤの２種類の波長に対して収差補正を行う互換領域を構成し、その外側にＢＤに最適化された外周領域を構成する。互換領域は回折構造を有しており、波長の違いによる回折角の違いを利用し、ＢＤとＤＶＤの２種類のフォーマットに対して球面収差補正を実現している。なお、第１面とは、対物レンズ素子の２つの光学機能面のうち、光源に近い方に配置された面のことをいう。換言すると、対物レンズ素子の入射面である。また、第１面と対向する面を第２面と称する。第２面とは、換言すると、対物レンズ素子の出射面である。
【０００７】
ＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類の情報記録媒体に互換性のある対物レンズ素子においては、第１面を光軸を中心とする同心円状の３つの領域に分割し、光軸に最も近い領域にＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類の波長に対して収差補正を行う互換領域を構成し、その外側にＢＤとＤＶＤの２種類の波長に対して収差補正を行う互換領域を構成し、さらにその外側にＢＤに最適化された外周領域を構成する。互換領域は回折構造を有しており、波長の違いによる回折角の違いを利用し、ＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類のフォーマットに対して球面収差補正を実現している。
【０００８】
しかしながら、上記構成の対物レンズ素子を用いる場合、複数のフォーマットに対して収差補正をしながら十分な（特に、ＤＶＤ・ＣＤの使用時における）作動距離を確保するためには、互換領域の回折パワーを強くする必要がある。
【０００９】
回折パワーを強くすると、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って互換領域中の周期的な回折構造の間隔は狭くなっていく。
【００１０】
回折構造の間隔が狭くなると回折効率が低下する。結果として互換領域を通過する光の光量が下がる。したがって、従来の対物レンズ素子では光ディスクなどの光情報媒体上に記憶される情報の記録・再生・消去を行うための十分な性能が得られない。
【００１１】
また、光軸から離れるほど回折構造の間隔は狭くなる。回折形状の間隔が狭くなると、互換領域の周縁部分の光量は大きく下がる。ＤＶＤまたはＣＤの使用時には、互換領域を通過する光のみで所定の集光スポットを形成する必要があるので、ＤＶＤまたはＣＤの開口数を決定する光の光量が下がることで実効的に開口数が下がる。この結果、光ディスク上の集光スポットが実効的に広がることで再生／記録の性能が低下する。
【００１２】
それ故に、本発明は、使用する複数の波長の少なくとも１つについて回折効率を向上させた対物レンズ素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第１波長の光と、第２波長の光とを光ディスクの情報記録面に集光可能な対物レンズ素子に関する。当該対物レンズ素子は、一方面に、光軸を含む第１領域と、前記第１領域を取り囲む第２領域とを備える。前記第１領域には、周期的な第１回折構造が形成される。前記第２領域には、前記第１回折構造とは異なる周期的な第２回折構造が形成される。本発明に係る対物レンズ素子は、以下の条件式を満足する。
｜Ａ１−Ｂ１｜＜｜Ａ２−Ｂ２｜ （１）
｜Ｂ１｜≧｜Ｂ２｜ （２）
ここで、
Ａ１：第１波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ｂ１：第２波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ａ２：第１波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数、
Ｂ２：第２波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数
である。
【００１４】
また、本発明は、第１波長の光と、第１波長より長い第２波長の光と、第２波長より長い第３波長の光を光ディスクの情報記録面に集光可能な対物レンズ素子に関する。当該対物レンズ素子は、以下の条件を満足する。
Ｌ１＜０ ・・・（３）
Ｌ２＞０ ・・・（４）
ここで、
Ｌ１：対物レンズ素子の入射側面から第２波長の光源の物点位置までの距離、
Ｌ２：対物レンズ素子の入射側面から第３波長の光源の物点位置までの距離
である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、使用する複数の波長の少なくとも１つについて回折効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の対物レンズ素子を備える光ヘッド装置の概略構成図
【図２】第１実施形態の対物レンズ素子の概略断面図
【図３】第１実施形態の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図４】第２実施形態の対物レンズ素子を備える光ヘッド装置の概略構成図
【図５】第２実施形態の対物レンズ素子１の概略断面図
【図６】第２実施形態の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図７Ａ】第３実施形態の対物レンズ素子の光路図（ＤＶＤ使用時）
【図７Ｂ】第３実施形態の対物レンズ素子の光路図（ＣＤ使用時）
【図８】実施例１の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図９】実施例２の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図１０】実施例３の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図１１】実施例４の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図１２】実施例５の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図１３】実施例６の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【図１４】実施例７の対物レンズ素子の回折形状を示す部分拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
＜１．光ヘッド装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る対物レンズ素子を備える光ヘッド装置の概略構成図である。
【００１８】
第１実施形態に係る光ヘッド装置は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とに互換性を有した構成になっている。後述する青色ビーム６１は、波長λ１の光である。波長λ１は、第１波長の一例である。また、後述する赤色光ビーム６２は、波長λ２の光である。波長λ２は、第２波長の一例である。
【００１９】
レーザー光源１から出射された青色光ビーム６１は、リレーレンズ２及び３ビーム格子３を透過し、ビームスプリッター４で反射された後、コリメートレンズ８により略平行光に変換される。コリメートレンズ８は、光軸方向に可動であり、光軸方向に移動することによって光ディスクの基材厚の誤差に起因する球面収差や、多層の情報記録面を有する媒体において情報記録面毎の基材厚の差に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した青色光ビーム６１は、１／４波長板５を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１４３に入射し、光ディスク９の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク９の情報記録面によって反射された青色光ビーム６１は、再び対物レンズ素子１４３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、１／４波長板５、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された青色光ビーム６１は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光検出器３３によって光信号として検出される。
【００２０】
レーザー光源２０から出射された赤色光ビーム６２は、３ビーム格子２２、ビームスプリッター１６、ビームスプリッター４を透過し、コリメートレンズ８に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ８は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク９の使用時と同様に、コリメートレンズ８が光軸方向に移動することによって、光ディスクの基材厚の差や、温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した赤色光ビーム６２は、１／４波長板５を透過し、発散光のまま立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１４３に入射し、光ディスク１０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク１０の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ素子１４３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、１／４波長板５，コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光検出器３３によって光信号として検出される。
【００２１】
＜２．対物レンズ素子の説明＞
次に、本実施形態の対物レンズ素子１４３について説明する。図２は、第１実施形態の対物レンズ素子１４３の概略断面図である。
【００２２】
第１実施形態に係る対物レンズ素子１４３は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とに互換性を有しており、波長λ１（４００ｎｍ近傍）の青色光を厚み０．１ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成すると共に、波長λ２（６８０ｎｍ近傍）の赤色光を厚み０．６ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成する。
【００２３】
対物レンズ素子１４３の入射側の光学機能面は、光軸を中心とする３つの領域、すなわち、光軸を含む第１領域１３１Ａと、第１領域１３１Ａを取り囲む輪帯状の第２領域１３１Ｂと、第２領域１３１Ｂを取り囲む輪帯状の外周領域１３１Ｆとに分割されている。第１領域１３１Ｂには、階段状回折構造が設けられている。第２領域１３１Ｂには、第１領域１３１Ａに設けられているものとは異なる階段状回折構造が設けられている。外周領域１３１Ｆには、鋸歯状回折構造が設けられている。
【００２４】
第１領域１３１Ａと第２領域１３１Ｂは、どちらもＢＤ、ＤＶＤ用の２波長の光のスポット形成に寄与する領域である。一方、外周領域１３１ＦはＢＤ用の光のみのスポット形成に寄与するＢＤ専用の領域である。
【００２５】
＜３．回折構造の説明＞
次に、本実施形態の対物レンズ素子１４３の回折構造について説明する。図３は、対物レンズ素子１４３の回折構造を説明するための部分拡大図である。図３において、折れ線は回折構造の表面形状を表し、この折れ線の下方部分は例えばガラス等のレンズ部材であり、折れ線の上方は空気である。なお、以下に示す回折構造の部分拡大図においても同様に、折れ線の下方をレンズ部材とし、上方を空気とする。
【００２６】
本実施形態の対物レンズ素子１４３は、主として第１領域１３１Ａと第２領域１３１Ｂと外周領域１３１Ｆとを備える。
【００２７】
本実施形態の対物レンズ素子１４３では、第１領域１３１Ａに形成される回折構造と、第２領域１３１Ｂに形成される回折構造と、外周領域１３１Ｆに形成される回折構造とが互いに異なる形状を有する。図３に示す回折構造は一例であり、他の形状の回折構造であってもよい。また、図３に示す、回折構造同士の接続部分の形状は一例であり、回折構造同士の接続部分の形状は適宜設定されうる。
【００２８】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００２９】
第１領域１３１Ａに設けられる階段状回折構造は、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、対物レンズ素子のベース面に対して略平行になっている部分の数を表している。
【００３０】
第１領域１３１Ａの階段状回折構造の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。ここで回折次数の正負について説明する。まず、第１面に入射する光が、屈折する方向を基準方向とする。第１面に入射した光が、第２面での回折によって基準方向よりも内側（光軸側）に集光される方向に進む場合を正としている。また、第１面に入射した光が、回折によって基準方向よりも外側（外周側）に集光される方向に進む場合を負としている。
【００３１】
第１領域１３１Ａに設けられる階段状回折構造の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。
【００３２】
第２領域１３１Ｂに設けられる階段状回折構造は、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが増加する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。
【００３３】
第２領域１３１Ｂの階段状回折構造の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋２次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。第２領域１３１Ｂに設けられる階段状回折構造の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。また、本実施形態において、回折次数として、それぞれの波長での回折効率が最大となる値を選択しているが、回折効率が最大とならない値を用いても良い。
【００３４】
外周領域１３１Ｆに設けられる鋸歯状回折構造の高さは、ＢＤ用の波長λ１の光の使用時に＋３次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。回折効率が最大となる回折次数は＋３次以外でも良い。ただし、外周領域１５１Ｆは、ＢＤ専用領域であって、ＢＤ以外の波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、外周領域１３１Ｆに入射した波長λ１以外の波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器７上に戻らないことが望まれる。ここでいう迷光とは、光ディスクの表面、記録面、光路上の光学部品、レンズ面等で反射して、光検出器上の信号光の強度に対して影響を与える光を指す。
【００３５】
＜４．特徴部分について＞
本実施形態に係る対物レンズ素子１４３は、以下の条件式（１）及び（２）を満たす。
｜Ａ１−Ｂ１｜＜｜Ａ２−Ｂ２｜ （１）
｜Ｂ１｜≧｜Ｂ２｜ （２）
ここで、
Ａ１：波長λ１の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ｂ１：波長λ２の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ａ２：波長λ１の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数、
Ｂ２：波長λ２の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数
である。
【００３６】
本実施形態では、条件式（１）及び（２）を満足するように第１領域１３１Ａの回折次数と第２領域１３１Ｂの回折次数とを選択することで、第２領域１３１Ｂの周期構造を構成する各輪帯の幅を、第１領域１３１Ａの周期構造を構成する各輪帯の幅に対して広くすることができる。その結果、回折効率が向上する。以下、回折効率が向上する理由について説明する。
【００３７】
まず、ＢＤとＤＶＤの作動距離について説明する。作動距離とは、対物レンズ素子１４３と情報記録媒体の表面との間の距離である。
【００３８】
作動距離が短くなると、対物レンズ素子１４３と情報記録媒体とが接触するおそれがある。しかし、ＢＤの場合、作動距離を長くしてしまうと、焦点距離が長くなってしまうために所望の開口数を得るために対物レンズ素子の径を大きくしなければならない。また作動距離が長いと製造誤差による性能の悪化が大きい。そのため、ＢＤ使用時の作動距離を長くすることは困難である。
【００３９】
一方で、ＤＶＤに関しては、ＢＤに比べて、作動距離をある程度長くしても性能を確保することができる。そのため、対物レンズ素子１４３と情報記録媒体（ここではＤＶＤ）との接触を防ぐため、ＤＶＤ使用時の作動距離をある程度長く設計することができる。
【００４０】
ＤＶＤの作動距離を長くするためには、回折パワーを強くする必要がある。
【００４１】
回折パワーを増大させるには、回折構造の周期を短くする必要がある。しかし、回折構造の周期が短くなると、回折効率が低下する。特に、ＤＶＤ用の光の回折効率が低下する。その結果、ＤＶＤに必要な性能を実現することができなくなる。
【００４２】
そこで、本実施形態では、少なくとも１つの波長光の回折効率（ここではＤＶＤの回折効率）の低下を防ぐため、第１領域のＢＤの回折次数を＋１次、ＤＶＤの回折次数を−１次とし、第２領域のＢＤの回折次数を＋２次、ＤＶＤの回折次数−１次としている。
【００４３】
このように、本実施形態では、第２領域１３１ＢのＢＤ用の光に対する回折次数を、第１領域１３１ＡのＢＤ用の光に対する回折次数よりも高くして、第２領域１３１ＢのＤＶＤ用の光に対する回折次数を、第１領域１３１ＡのＤＶＤ用の光に対する回折次数と同じにした。すなわち、第１領域１３１ＡにおけるＢＤの回折次数とＤＶＤの回折次数との差に対して、第２領域１３１ＢにおけるＢＤの回折次数とＤＶＤの回折次数との差を大きくした。
【００４４】
回折次数の差が大きいと、ＢＤの回折光とＤＶＤの回折光との角度差も大きくなる。回折次数の差を大きくした状態で、第１領域１３１Ａと第２領域１３１Ｂとを通過したＢＤ用の回折光やＤＶＤ用の回折光を集光して所望のスポットを形成するためには、中間領域におけるＢＤ用の回折光とＤＶＤ用の回折光との間の角度差を小さくする必要がある。そこで、ＢＤ用の回折光とＤＶＤ用の回折光との間の角度差を小さくするために、第２領域１３１Ｂの回折パワーを弱くした。
【００４５】
回折パワーを弱くしたので、回折構造の周期を広く取れる。回折構造の周期を広く取ることによって、回折効率の低下を防ぐことができる。本実施形態の場合、ＤＶＤ用の光の回折効率が大きく向上することになる。
【００４６】
（第２実施形態）
＜１．光ヘッド装置の説明＞
図４は、第２実施形態に係る対物レンズ素子を備える光ヘッド装置の概略構成図である。
【００４７】
第２実施形態に係る光ヘッド装置は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格に互換性を有した構成になっている。後述する青色ビームは、波長λ１の光である。波長λ１は、第１波長の一例である。また、後述する赤色光ビーム６２は、波長λ２の光である。波長λ２は、第２波長の一例である。また、後述する赤外光ビーム６３は、波長λ３の光である。波長λ３は、第３波長の一例である。
【００４８】
レーザー光源１から出射された青色光ビーム６１は、リレーレンズ２及び３ビーム格子３を透過し、ビームスプリッター４で反射された後、コリメートレンズ８により略平行光に変換される。コリメートレンズ８は、光軸方向に可動であり、光軸方向に移動することによって光ディスクの基材厚の誤差に起因する球面収差や、多層の情報記録面を有する媒体において情報記録面毎の基材厚の差に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した青色光ビーム６１は、１／４波長板５を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１４３に入射し、光ディスク９の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク９の情報記録面によって反射された青色光ビーム６１は、再び対物レンズ素子１４３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、１／４波長板５、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された青色光ビーム６１は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光検出器３３によって光信号として検出される。
【００４９】
本実施形態に係るレーザー光源２０は、赤色光と赤外光を選択的に出射する２波長レーザー光源である。レーザー光源２０から出射された赤色光ビーム６２は、３ビーム格子２２、ビームスプリッター１６、ビームスプリッター４を透過し、コリメートレンズ８に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ８は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク９の使用時と同様に、コリメートレンズ８が光軸方向に移動することによって、光ディスクの基材厚の差や、温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ８を透過した赤色光ビーム６２は、１／４波長板５を透過し、発散光のまま立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１６３に入射し、光ディスク１０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク１０の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ素子１６３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、１／４波長板５、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過する。ビームスプリッター４から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッター１６によって反射され、検出レンズ３２によって光検出器３３上に集光され、光検出器３３によって光信号として検出される。
【００５０】
レーザー光源２０から出射された赤外光ビーム６３は、３ビーム格子２２、ビームスプリッター１６、ビームスプリッター４を透過し、コリメートレンズ８に入射し、発散光に変換される。コリメートレンズ８から出射された赤外光ビーム６３は、１／４波長板５を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、対物レンズ素子１６３に入射し、光ディスク１１の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク１１の情報記録面上で反射された赤外光ビーム６３は、再び対物レンズ素子１６３を透過し、立ち上げミラー１２によって反射され、１／４波長板５、コリメートレンズ８、ビームスプリッター４を順に透過しビームスプリッター１６で反射された後、検出レンズ３２によって集光され、光検出器３３で光信号として検出される。
【００５１】
＜２．対物レンズ素子の説明＞
次に、本実施形態の対物レンズ素子１６３について説明する。図５は、本実施形態の対物レンズ素子１６３の概略断面図である。
【００５２】
第２実施形態に係る対物レンズ素子１６３は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格とに互換性を有しており、波長λ１（４００ｎｍ近傍）の青色光を厚み０．１ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ２（６８０ｎｍ近傍）の赤色光を厚み０．６ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ３（７８０ｎｍ近傍）の赤外光を厚み１．２ｍｍの基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成する。
【００５３】
対物レンズ素子１６３の入射側の光学機能面は、光軸を中心とする４つの領域、すなわち、光軸を含む第１領域１５１Ａと、第１領域１５１Ａを取り囲む輪帯状の第２領域１５１Ｂと、第２領域１５１Ｂを取り囲む輪帯状の第３領域１５１Ｃと、第３領域１５１Ｃを取り囲む輪帯状の外周領域１５１Ｆとに分割されている。第１領域１５１Ａ、第２領域１５１Ｂ、第３領域１５１Ｃには、それぞれ異なる階段状回折構造が設けられ、外周領域１５１Ｆには、鋸歯状回折構造が設けられている。
【００５４】
第１領域１５１Ａと第２領域１５１Ｂとは、どちらもＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ用の３波長の光のスポット形成に寄与する領域である。第３領域１５１Ｃは、ＢＤ、ＤＶＤ用の２波長の光のスポット形成に寄与する領域である。外周領域１３１ＦはＢＤの光のみのスポット形成に寄与するＢＤ専用の領域である。
【００５５】
＜３．回折構造の説明＞
次に、本実施形態の対物レンズ素子１６３の回折構造について説明する。図６は、対物レンズ素子１６３の回折構造を説明するための部分拡大図である。
【００５６】
本実施形態の対物レンズ素子１６３は、主として第１領域１５１Ａと第２領域１５１Ｂと第３領域１５１Ｃと外周領域１５１Ｆとを備える。
【００５７】
本実施形態の対物レンズ素子１６３では、第１領域１５１Ａに形成される回折構造と、第２領域１５１Ｂに形成される回折構造と、第３領域１５１Ｃに形成される回折構造と、外周領域１５１Ｆに形成される回折構造は互いに異なる形状を有する。図６に示す回折構造は一例であり、他の形状の回折構造であってもよい。また、図６に示す回折構造同士の接続部分の形状は一例であり、回折構造同士の接続部分の形状は適宜設定されうる。
【００５８】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００５９】
第１領域１５１Ａに設けられる階段状回折構造は、対物レンズ素子１６３の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、対物レンズ素子１６３のベース面に対して略平行になっている部分の数を表している。
【００６０】
第１領域１５１Ａの階段状回折構造の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋２次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ３の赤外光の使用時には−２次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。ここで回折次数の正負について説明する。まず、第１面に入射する光が、屈折する方向を基準方向とする。第１面に入射した光が、第２面での回折によって基準方向よりも内側（光軸側）に集光される方向に進む場合を正としている。
【００６１】
第１領域１５１Ａに設ける階段状回折構造の１周期は、必ずしも６レベルの段差から構成されている必要はなく、６以外のレベルの段差で構成されていても良い。
【００６２】
第２領域１５１Ｂに設けられる階段状回折構造は、対物レンズ素子１６３の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する８レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。第２領域１５１Ｂの階段状回折構造の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋２次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−２次回折光の回折効率が最大となり、波長λ３の赤外光の使用時には−３次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。第２領域１５１Ｂに設けられる階段状回折構造の１周期は、必ずしも８レベルの段差から構成されている必要はなく、８以外のレベルの段差で構成されていても良い。また、本実施形態において、回折次数として、それぞれの波長での回折効率が最大となる値を選択しているが、回折効率が最大とならない値を用いても良い。
【００６３】
第３領域１５１Ｃに設けられる階段状回折構造は、対物レンズ素子１６３の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。第３領域１５１Ｃの階段状回折構造の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。第３領域１５１Ｃに設ける階段状回折構造の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。また、本実施形態において、回折次数として、それぞれの波長での回折効率が最大となる値を選択しているが、回折効率が最大とならない値を用いても良い。
【００６４】
外周領域１５１Ｆに設けられる鋸歯状回折構造の段差高さは、ＢＤ用の波長λ１の光の使用時に＋３次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。回折効率が最大となる回折次数は＋３次以外でも良い。ただし、外周領域１５１Ｆは、ＢＤ専用領域であって、ＢＤ以外の波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、外周領域１５１Ｆに入射した波長λ１以外の波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器７上に戻らないことが望まれる。ここでいう迷光とは、光ディスクの表面、記録面、光路上の光学部品、レンズ面等で反射して、光検出器上の信号光の強度に対して影響を与える光を指す。
【００６５】
＜４．特徴部分について＞
本実施形態に係る対物レンズ素子１６３は、以下の条件式（１）及び（２）を満たす。
｜Ａ１−Ｂ１｜＜｜Ａ２−Ｂ２｜ （１）
｜Ｂ１｜≧｜Ｂ２｜ （２）
ここで、
Ａ１：波長λ３の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ｂ１：波長λ１の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ａ２：波長λ３の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数、
Ｂ２：波長λ１の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数
である。
【００６６】
条件式（１）及び（２）を満足するように第１領域１３１Ａの回折次数と第２領域１３１Ｂの回折次数を選択することで、第２領域１５１Ｂの周期構造の輪帯の間隔を、第１領域１５１Ａの周期構造の輪帯の間隔に対して広くすることができる。その結果、回折効率が向上する。以下、回折効率が向上する理由について説明する。
【００６７】
まず、ＢＤとＣＤの作動距離について説明する。作動距離とは、対物レンズ素子１６３と情報記録媒体の表面との間の距離である。
【００６８】
作動距離が短くなると、対物レンズ素子１６３と情報記録媒体とが接触するおそれがある。しかし、ＢＤの場合、作動距離を長くしてしまうと、焦点距離が長くなってしまうために所望の開口数を得るために対物レンズ素子の径を大きくしなければならない。また作動距離が長いと製造誤差による性能の悪化が大きい。そのため、ＢＤ使用時の作動距離を長くすることは困難である。
【００６９】
一方で、ＣＤに関しては、ＢＤに比べて、作動距離をある程度長くしても性能を確保することができる。そのため、対物レンズ素子１４３と情報記録媒体（ここではＣＤ）との接触を防ぐため、ＣＤ使用時の作動距離をある程度長く設計することができる。
【００７０】
ＣＤの作動距離を長くするためには、回折パワーを強くする必要がある。
【００７１】
回折パワーを増大させるには、回折構造の周期を短くする必要がある。しかし、回折構造の周期が短くなると、回折効率が低下する。特に、ＣＤ用の光の回折効率が低下する。その結果、ＣＤに必要な性能を実現することができなくなる。
【００７２】
そこで、本実施形態では、少なくとも１つの波長光の回折効率（ここはＣＤの回折効率）の低下を防ぐため、第１領域１４１ＡのＢＤの回折次数が＋２次、ＣＤの回折次数が−２次となっており、第２領域１５１ＢのＢＤの回折次数が＋２次、ＣＤの回折次数が−３次となっている。
【００７３】
このように、本実施形態では、第２領域１５１ＢのＢＤ用の光に対する回折次数を、第１領域１５１ＡのＢＤ用の光の回折次数と同じにし、第２領域１５１ＢのＣＤ用の光に対する回折次数の絶対値を、第１領域１５１ＡのＣＤ用の光に対する回折次数の絶対値より大きくした。すなわち、第１領域１５１ＡにおけるＢＤ用の回折次数とＣＤ用の回折次数との差に対して、第２領域１５１ＢにおけるＢＤ用の回折次数とＣＤ用の回折次数との差を大きくした。
【００７４】
回折次数の差が大きいと、ＢＤ用の回折光とＣＤ用の回折光との間の角度差も大きくなる。回折次数の差を大きくした状態で、第１領域１５１Ａと第２領域１５１Ｂとを通過したＢＤ用の回折光やＣＤ用の回折光を集光して所望のスポットを形成するためには、第２領域１５１ＢにおけるＢＤ用の回折光とＣＤ用の回折光との間の角度差を小さくする必要がある。そこで、ＢＤ用の回折光とＣＤ用の回折光との間の角度差を小さくするために、第２領域１５１Ｂの回折パワーを弱くした。
【００７５】
回折パワーを弱くしたので、回折構造の周期を広く取れる。回折構造の周期を広く取ることによって、回折効率の低下を防ぐことができる。これは回折パワーの増大を、高次次数の回折光を使うことで抑えることができるためである。
【００７６】
第１領域１５１ＡにおけるＢＤ用の光（波長λ１）の回折次数が＋２次、ＣＤ用の光（波長λ３）の回折次数が−２次であるのに対し、第２領域１５１ＢではＢＤ用の光（波長λ１）の回折次数が＋２次、ＣＤ用の光（波長λ３）の回折次数が−３次となっている。ＣＤ用の光の回折次数の絶対値は、第１領域１５１Ａよりも第２領域１５１Ｂの方が大きいため、ＣＤ用の光の回折角は、第２領域１５１Ｂの方が第１領域１５１Ａに比べて大きくなる。それに対してＢＤの場合、回折次数は第１領域１５１Ａと第２領域１５１Ｂで同じである。
【００７７】
このように第１領域１５１Ａと第２領域１５１Ｂとで、ＢＤ用の光とＣＤ用の光の回折次数の差を大きくすることで、同じ作動距離を確保するための回折パワーが小さくて済む。つまり第２領域１５１Ｂの周期的な回折形状の間隔が、第１領域１５１Ａの回折形状の間隔に対して広くなっている。本実施形態では、このような構成にすることで、ＢＤ用の光の回折効率が大きく向上することになる。
【００７８】
なお、第２実施形態ではＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３波長の光のスポット形成に寄与する領域を例に挙げて説明したが、これをＢＤ、ＤＶＤの２波長の光のスポット形成に寄与する領域に関して適用してもよい。すなわち、Ｂ１を波長λ２の波長の光に対する第１領域の回折次数とし、Ｂ２を波長λ２の光に対する第２領域の回折次数とした場合に、上記の条件式（１）及び（２）を満足するように回折次数を選択すれば良い。
【００７９】
つまり、第１領域をＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３波長の光のスポット形成に寄与する領域とし、第２領域及び第３領域をＢＤ、ＤＶＤの２波長の光のスポット形成に寄与する領域とし、外周領域をＢＤの光のみのスポット形成に寄与するＢＤ専用の領域と構成してもよい。このとき、第２領域及び第３領域の回折構造は、第１実施形態の条件式（１）及び（２）を満たせばよい。これによってＢＤ及びＤＶＤのいずれかの回折効率を向上することが可能になる。
【００８０】
（第３実施形態）
図７Ａ及び７Ｂは、本発明の第３実施形態の対物レンズの光路図である。より詳細には、図７Ａは、ＤＶＤ使用時の光路図であり、図７Ｂは、ＣＤ使用時の光路図である。
【００８１】
本実施形態に係る対物レンズ素子１８３は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。対物レンズ素子１８３は、ＢＤ用の波長λ１の光を基材厚ｔ１の基板を通して情報記録面に集光してスポットを形成し、ＤＶＤ用のλ２の光を基材厚ｔ２の基板を通して情報記録面に集光してスポットを形成し、ＣＤ用のλ３の光を基材厚ｔ３の基板を通して情報記録面に集光してスポットを形成することが可能である（ただし、λ１＜λ２＜λ３、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）。ここで、対物レンズ素子１８３は、ＢＤ用の光の使用時において、入射面に平行光束が入射した場合の球面収差が小さくなるように設計されている。同時に、対物レンズ素子１８３は、ＤＶＤ用の光の使用時において、入射面に収束光束が入射した場合の球面収差が同じ波長の平行光束が入射した場合の球面収差より小さくなり、かつ、ＣＤ用の光の使用時において、入射面に発散光束が入射した場合の球面収差が同じ波長の平行光束が入射した場合の球面収差より小さくなるように設計されている。
【００８２】
そして、本実施形態に係る対物レンズ素子１８３は、以下の条件を満足する。
Ｌ１＜０ ・・・（３）
Ｌ２＞０ ・・・（４）
ここで、
Ｌ１：対物レンズ素子の入射側面から波長λ２の光源の物点位置までの距離、
Ｌ２：対物レンズ素子の入射側面から波長λ３の光源の物点位置までの距離、
である。
【００８３】
尚、物点距離は、対物レンズ素子１８３の入射面に対して物点位置が光源側（図７Ａ及び７Ｂの左側）にある場合を正とし、光ディスク側（図７Ａ及び７Ｂの右側）にある場合を負とする。
【００８４】
本実施形態によれば、ＢＤ用の光の使用時における光学性能を最適化しつつ、ＤＶＤ及びＣＤに対する光学性能も確保することができるので、光学性能に優れた３波長互換の対物レンズ素子１８３を実現できる。
【実施例】
【００８５】
以下、本発明の実施例をコンストラクションデータと具体的な回折効率の値を説明する。尚、各実施例において、非球面係数が与えられた面は、非球面形状の屈折光学面又は非球面と等価な屈折作用を有する面（例えば回折面等）であることを示す。非球面の面形状は、以下の数１によって定義される。
【数１】
ここで、
Ｘ：光軸からの高さがｈである非球面状の点の非球面頂点の接平面からの距離、
ｈ：光軸からの高さ、
Ｃｊ：レンズの第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）、
ｋｊ：レンズの第ｊ面の円錐定数、
Ａｊ，ｎ：レンズの第ｊ面のｎ次の非球面定数
である。
【００８６】
また、光学面に付加された回折構造によって生じる位相差は、以下の数２で与えられる。
【数２】
ここで、
φ（ｈ）：位相関数
ｈ：光軸からの高さ
Ｐｊ，ｍ：レンズの第ｊ面の２ｍ次の位相関数係数
Ｍ：回折次数
【００８７】
図８、９、１０、１１、１２は、実施例１、２、３、４、５の対物レンズ素子の回折構造の部分拡大図である。具体的には、図８〜１２は、第１領域と第２領域とで構成される互換領域を拡大した図である。図８〜１２において、折れ線で表される回折形状の下方をレンズ部材とし、回折形状の上方を空気とする。
【００８８】
（実施例１）
実施例１は、第１実施形態に対応する。実施例１に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面も、第１領域と外周領域に分割されており、それぞれには異なる非球面が設けられている。実施例１に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．３０ｍｍ、開口数（ＮＡ）０．８６、情報記録媒体の保護層厚０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．４５ｍｍ、ＮＡ０．６、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。
【００８９】
表１及び２に実施例１に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表１】
【表２】
【００９０】
表３Ａ〜３Ｅに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表３Ａ】
【表３Ｂ】
【表３Ｃ】
【表３Ｄ】
【表３Ｅ】
【００９１】
実施例１の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表３Ａ〜３Ｅの輪帯周期とは、図８の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第３３輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図８の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。
【００９２】
表４に、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表４】
【００９３】
実施例１の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する４レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表４の輪帯周期とは、図８の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図８の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。
【００９４】
表５に、第１面の外周領域に設けた鋸歯状回折構造の輪帯周期を示す。
【表５】
【００９５】
表５における輪帯周期は、外周領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、第４輪帯、…、第９輪帯が設けられている。
【００９６】
表６Ａ〜６Ｅに、第１面の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第３段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第４段差の高さは、逆方向に３．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表６Ａ】
【表６Ｂ】
【表６Ｃ】
【表６Ｄ】
【表６Ｅ】
【００９７】
表７に、第１面の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第３段差の高さは、ＤＶＤの設計波長の光に対して０．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第４段差の高さは、逆方向に０．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表７】
【００９８】
表８に、第１面の外周領域に設けた鋸歯状回折構造の段差高さを示す。また、鋸歯状回折構造の段差高さは、ＢＤの設計波長の光に対して３波長分の位相差を付与するように設計されており、＋３次回折光を使用する。
【表８】
【００９９】
表９に第１領域の第３３輪帯と第２領域の第２輪帯の回折効率を示す。第２領域の第２輪帯は本実施例においてＤＶＤ用の光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表９】
【０１００】
第１領域の第３３輪帯の輪帯周期は約１３μｍであり、ＤＶＤ用の光の回折効率は約５８％である。これに対して、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１４８μｍであり、その回折効率は約７８％である。したがって、第１領域の第３３輪帯によるＤＶＤ用の光の回折効率は、第１輪帯の回折効率に比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率では記録面状でのスポット径が大きくなりＤＶＤの再生／記録性能が悪化する。
【０１０１】
一方、第２領域の第２輪帯の輪帯周期は約１７μｍである。第２領域の第２輪帯におけるＤＶＤ用の光の回折効率は約７２％であり、第１領域の第３３輪帯に対して大幅に向上している。これによってＤＶＤ用の光が入射したときのビームスポットの広がりを抑えられる。その結果再生／記録性能が向上する。
【０１０２】
（実施例２）
実施例２は、第２実施形態に対応する。実施例２に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む第３領域と、第３領域を取り囲む外周領域とに分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状回折構造が設けられている。第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面である。実施例２に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０５ｎｍ、焦点距離１．２０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６５０ｎｍ、焦点距離１．４５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８０ｎｍ、焦点距離１．６４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【０１０３】
表１０及び１１に実施例２に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表１０】
【表１１】
【０１０４】
表１２Ａ〜１２Ｆに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表１２Ａ】
【表１２Ｂ】
【表１２Ｃ】
【表１２Ｄ】
【表１２Ｅ】
【表１２Ｆ】
【０１０５】
実施例２の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるにしたがって１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表１２Ａ〜１２Ｆの輪帯周期とは、図９の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第２８輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図９の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第６段差とする。
【０１０６】
表１３に、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表１３】
【０１０７】
実施例２の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表１３の輪帯周期とは、図９の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図９の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第８段差とする。
【０１０８】
表１４Ａ〜１４Ｆに、実施例２の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第５段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．３３波長分の位相差を付与するように設計され、第６段差の高さは、逆方向に６．６５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表１４Ａ】
【表１４Ｂ】
【表１４Ｃ】
【表１４Ｄ】
【表１４Ｅ】
【表１４Ｆ】
【０１０９】
表１５に、実施例２の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第７段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第８段差の高さは、逆方向に８．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表１５】
【０１１０】
尚、図示はしていないが、実施例２の第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が構成されている。更に、実施例２の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１１１】
表１６に第１領域の第２８輪帯と第２領域の第３輪帯の回折効率を示す。第２領域の第３輪帯は本実施例においてＣＤ光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表１６】
【０１１２】
第１領域の第２８輪帯における輪帯周期は約１３μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約４４％である。これに対して、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１４２μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約６７％である。したがって、第１領域の第２８輪帯によるＢＤ用の光の回折効率は、第１輪帯の回折効率と比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率ではＢＤの再生／記録時の光量が不足する。
【０１１３】
これに対して、第２領域の第３輪帯の輪帯周期は約２２μｍである。第２領域の第３輪帯におけるＢＤ用の光の回折効率は約６０％であり、第１領域の第２８輪帯の回折効率と比べて大幅に向上している。これによってＢＤの再生／記録時の光量不足を抑えられる。
【０１１４】
（実施例３）
実施例３に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む第３領域と、第３領域を取り囲む外周領域とに分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する７レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する９レベルの階段状回折構造が設けられている。第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面である。実施例２に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．３０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８７ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．５７ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８５ｎｍ、焦点距離１．７５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【０１１５】
表１７及び１８に実施例３に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表１７】
【表１８】
【０１１６】
表１９Ａ〜１９Ｅに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表１９Ａ】
【表１９Ｂ】
【表１９Ｃ】
【表１９Ｄ】
【表１９Ｅ】
【０１１７】
実施例３の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する７レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表１９Ａ〜１９Ｅの輪帯周期とは、図１０の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第２０輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１０の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第７段差とする。
【０１１８】
表２０Ａ及び２０Ｂに、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表２０Ａ】
【表２０Ｂ】
【０１１９】
実施例３の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する９レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表２０Ａ及び２０Ｂの輪帯周期とは、図１０の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、…、第５輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１０の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第９段差とする。
【０１２０】
表２１Ａ〜２１Ｅに、実施例３の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第６段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．１４波長分の位相差を付与するように設計され、第７段差の高さは、逆方向に６．８４波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表２１Ａ】
【表２１Ｂ】
【表２１Ｃ】
【表２１Ｄ】
【表２１Ｅ】
【０１２１】
表２２Ａ及び２２Ｂに、実施例３の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第８段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．１１波長分の位相差を付与するように設計され、第９段差の高さは、逆方向に８．８８波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表２２Ａ】
【表２２Ｂ】
【０１２２】
尚、図示はしていないが、実施例３の第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が構成されている。実施例３の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１２３】
表２３に第１領域の第２０輪帯と第２領域の第５輪帯の回折効率を示す。第２領域の第５輪帯は本実施例においてＣＤ用の光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表２３】
【０１２４】
第１領域の第２０輪帯における輪帯周期は約１６μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約４３％である。一方、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１６６μｍであり、第１輪帯におけるＢＤ用の光の回折効率は、約８９％である。したがって、第１領域の第２０輪帯における回折効率は、第１輪帯における回折効率と比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率ではＢＤの再生／記録時の光量が不足する。これに対して第２領域の第５輪帯の輪帯周期は約１３μｍである。第２領域の第５輪帯におけるＢＤ光の回折効率は約５８％であり、第１領域の第２０輪帯と比べて大幅に向上している。これによってＢＤの再生／記録時の光量不足を抑えられる。
【０１２５】
（実施例４）
実施例４に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する６レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面が設けられている。実施例４に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．２２ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．４０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。
【０１２６】
表２４及び２５に実施例４に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表２４】
【表２５】
【０１２７】
表２６Ａ〜２６Ｆに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表２６Ａ】
【表２６Ｂ】
【表２６Ｃ】
【表２６Ｄ】
【表２６Ｅ】
【表２６Ｆ】
【０１２８】
実施例４の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表２６Ａ〜２６Ｆの輪帯周期とは、図１１の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第２６輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１１の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第６段差とする。
【０１２９】
表２７Ａ及び２７Ｂに、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表２７Ａ】
【表２７Ｂ】
【０１３０】
実施例４の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する６レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表２７Ａ及び２７Ｂの輪帯周期とは、図１１の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、…、第７輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１１の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第６段差とする。
【０１３１】
表２８Ａ〜２８Ｆに、実施例４の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第５段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．３３波長分の位相差を付与するように設計され、第６段差の高さは、逆方向に６．６５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表２８Ａ】
【表２８Ｂ】
【表２８Ｃ】
【表２８Ｄ】
【表２８Ｅ】
【表２８Ｆ】
【０１３２】
表２９Ａ及び２９Ｂに、実施例４の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第５段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して０．８４波長分の位相差を付与するように設計され、第６段差の高さは、逆方向に４．２０波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表２９Ａ】
【表２９Ｂ】
【０１３３】
尚、図示はしていないが、実施例４の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１３４】
表３０に、第１領域の第２６輪帯と第２領域の第８輪帯の回折効率を示す。第２領域の第８輪帯は本実施例においてＤＶＤ用の光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表３０】
【０１３５】
第１領域の第２６輪帯における輪帯周期は約１３μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約４６％である。一方、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１３６μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約６７％である。したがって、第１領域の第２６輪帯における回折効率は、第１輪帯と比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率ではＢＤの再生／記録時の光量が不足する。
【０１３６】
これに対して第２領域の第８輪帯の輪帯周期は約１３μｍである。第２領域の第８輪帯におけるＢＤ用の光の回折効率は約６３％であり、第１領域の第２６輪帯と比べて大幅に向上している。これによってＢＤの再生／記録時の光量不足を抑えられる。
【０１３７】
（実施例５）
実施例５に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する７レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面が設けられている。実施例４に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．０９ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．３２ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。
【０１３８】
表３１及び３２に実施例５に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表３１】
【表３２】
【０１３９】
表３３Ａ〜３３Ｅに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表３３Ａ】
【表３３Ｂ】
【表３３Ｃ】
【表３３Ｄ】
【表３３Ｅ】
【０１４０】
実施例５の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表３３Ａ〜３３Ｅの輪帯周期とは、図１２の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第２０輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１２の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第８段差とする。
【０１４１】
表３４Ａ及び３４Ｂに、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表３４Ａ】
【表３４Ｂ】
【０１４２】
実施例５の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する７レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表３４Ａ及び３４Ｂの輪帯周期とは、図１２の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、…、第５輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１２の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第７段差とする。
【０１４３】
表３５Ａ〜３５Ｅに、実施例５の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第７段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第８段差の高さは、逆方向に８．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表３５Ａ】
【表３５Ｂ】
【表３５Ｃ】
【表３５Ｄ】
【表３５Ｅ】
【０１４４】
表３６Ａ及び３６Ｂに、実施例５の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第６段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して０．２６波長分の位相差を付与するように設計され、第７段差の高さは、逆方向に１．５６波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表３６Ａ】
【表３６Ｂ】
【０１４５】
尚、図示はしていないが、実施例５の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１４６】
表３７に第１領域の第２０輪帯と第２領域の第６輪帯の回折効率を示す。第２領域の第６輪帯は本実施例においてＤＶＤ用の光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表３７】
【０１４７】
第１領域の第２０輪帯における輪帯周期は約１６μｍであり、ＤＶＤ用の光の回折効率は約２２％である。一方、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１５９μｍであり、ＤＶＤ用の光の回折効率は約７５％である。したがって、第１領域の第２０輪帯における回折効率は、第１輪帯と比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率では記録面状でのスポット径が大きくなりＤＶＤの再生／記録性能が悪化する。
【０１４８】
これに対して、第２領域の第６輪帯の輪帯周期は約２２μｍである。第２領域の第６輪帯におけるＤＶＤ用の光の回折効率は約８５％であり、第１領域の第２０輪帯と比べて大幅に向上している。これによってＤＶＤ光が入射したときのビームスポットの広がりを抑えられる。その結果再生／記録性能が向上する。
【０１４９】
表３８に実施例１〜５に係る対物レンズ素子の回折次数の関係を示す。
【表３８】
【０１５０】
図１３及び１４は、実施例６及び７の対物レンズ素子の回折構造の部分拡大図である。具体的には、図１３及び１４、第１領域と第２領域とで構成される互換領域を拡大した図である。図１３及び１４において、折れ線で表される回折形状の下方をレンズ部材とし、回折形状の上方を空気とする。
【０１５１】
（実施例６）
実施例６は、第３実施形態に対応する。実施例６に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む第３領域と、第３領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状回折構造が設けられている。第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面である。実施例６に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０５ｎｍ、焦点距離１．２０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６５０ｎｍ、焦点距離１．４５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８０ｎｍ、焦点距離１．６４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【０１５２】
表３９及び４０に実施例６に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表３９】
【表４０】
【０１５３】
表４１Ａ〜４１Ｆに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表４１Ａ】
【表４１Ｂ】
【表４１Ｃ】
【表４１Ｄ】
【表４１Ｅ】
【表４１Ｆ】
【０１５４】
実施例６の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるにしたがって１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表４１Ａ〜４１Ｆの輪帯周期とは、図１３の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第２８輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１３の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第６段差とする。
【０１５５】
表４２に、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表４２】
【０１５６】
実施例６の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表４２の輪帯周期とは、図１３の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１３の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第８段差とする。
【０１５７】
表４３Ａ〜４３Ｆに、実施例６の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第５段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．３３波長分の位相差を付与するように設計され、第６段差の高さは、逆方向に６．６５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表４３Ａ】
【表４３Ｂ】
【表４３Ｃ】
【表４３Ｄ】
【表４３Ｅ】
【表４３Ｆ】
【０１５８】
表４４に、実施例６の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第７段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第８段差の高さは、逆方向に８．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表４４】
【０１５９】
尚、図示してはいないが、実施例６の第３領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が構成されている。実施例６の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１６０】
表４５に第１領域の第２８輪帯と第２領域の第２輪帯の回折効率を示す。第２領域の第２輪帯は本実施例においてＣＤ用の光のスポット形成に寄与する最も外側の領域である。
【表４５】
【０１６１】
第１領域の第２８輪帯における輪帯周期は約１４μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約４５％である。一方、第１領域の第１輪帯の輪帯周期は約１４４μｍであり、ＢＤ用の光の回折効率は約６７％である。したがって、第１領域の第２８輪帯における回折効率は、第１輪帯と比べて大幅に低い。本発明を適用しない場合、この回折効率ではＢＤの再生／記録時の光量が不足する。
【０１６２】
これに対して第２領域の第２輪帯の輪帯周期は約２１μｍである。第２領域の第２輪帯におけるＢＤ用の光の回折効率は約５７％であり、第１領域の第２８輪帯に対して大幅に向上している。これによってＢＤの再生／記録時の光量不足を抑えられる。
【０１６３】
（実施例７）
実施例７は、第３実施形態に対応する。実施例７に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む第１領域と、第１領域を取り囲む第２領域と、第２領域を取り囲む外周領域とに分割されている。第１面の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する８レベルの階段状回折構造が設けられている。第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は非球面である。実施例７に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．８０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８７５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６５８ｎｍ、焦点距離２．０ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８５ｎｍ、焦点距離２．１ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【０１６４】
表４６及び４７に実施例７に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【表４６】
【表４７】
【０１６５】
表４８Ａ〜４８Ｄに、第１面の第１領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表４８Ａ】
【表４８Ｂ】
【表４８Ｃ】
【表４８Ｄ】
【０１６６】
実施例７の第１領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるにしたがって１段ずつ単調に高さが増加する８レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表４８Ａ〜４８Ｄの輪帯周期とは、図１４の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第１領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、第３輪帯、…、第１６輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１４の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第８段差とする。
【０１６７】
表４９Ａ及び４９Ｂに、第１面の第２領域に設けた階段状段差構造の輪帯周期と、各輪帯に配置される段差の周期を示す。
【表４９Ａ】
【表４９Ｂ】
【０１６８】
実施例６の第２領域には、対物レンズ素子の光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが増加する４レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。表４９Ａ及び４９Ｂの輪帯周期とは、図１４の矢印で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における輪帯の幅を指す。第２領域には、対物レンズ素子の光軸側から外周側へと順に、第１輪帯、第２輪帯、…、第１０輪帯が設けられている。また、段差周期とは、図１４の矢印で示すように、各輪帯に設けられる段差の半径方向（光軸と直交する方向）の幅を指す。各輪帯内において、光軸側から外方側に向へと順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第４段差とする。
【０１６９】
表５０Ａ〜５０Ｄに、実施例７の第１領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第７段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第８段差の高さは、逆方向に８．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表５０Ａ】
【表５０Ｂ】
【表５０Ｃ】
【表５０Ｄ】
【０１７０】
表５１Ａ及び５１Ｂに、実施例７の第２領域に設けた階段状回折構造の段差高さを示す。また、階段状回折構造の１周期を構成する第１段差〜第３段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第４段差の高さは、逆方向に８．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【表５１Ａ】
【表５１Ｂ】
【０１７１】
尚、図示してはいないが、実施例７の外周領域には鋸歯状回折構造が構成されている。
【０１７２】
表５２に実施例６及び７における物点距離を示す。
【表５２】
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明は、波長の異なる光を用いる複数の規格の光ディスクに対して、情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行うために用いられる対物レンズ素子及びこれを用いた光ヘッド装置に利用できる
【符号の説明】
【０１７４】
１ レーザー光源
７ 光検出器
９ 光ディスク
１０ 光ディスク
１１ 光ディスク
２０ レーザー光源
３３ 光検出器
１３１Ａ 第１領域
１３１Ｂ 第２領域
１３１Ｆ 外周領域
１５１Ａ 第１領域
１５１Ｂ 第２領域
１５１Ｃ 第３領域
１５１Ｆ 外周領域
１４３ 対物レンズ素子
１６３ 対物レンズ素子
１８３ 対物レンズ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の光と、第２波長の光とを光ディスクの情報記録面に集光可能な対物レンズ素子であって、
一方面に、光軸を含む第１領域と、前記第１領域を取り囲む第２領域とを備え、
前記第１領域には、周期的な第１回折構造が形成されており、
前記第２領域には、前記第１回折構造とは異なる周期的な第２回折構造が形成されており、
以下の条件式を満足する、対物レンズ素子：
｜Ａ１−Ｂ１｜＜｜Ａ２−Ｂ２｜ （１）
｜Ｂ１｜≧｜Ｂ２｜ （２）
ここで、
Ａ１：第１波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ｂ１：第２波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ａ２：第１波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数、
Ｂ２：第２波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数
である。
【請求項２】
前記第１領域及び第２領域の両方が像側開口数０．８以下の領域に形成されている、請求項１に記載の対物レンズ素子。
【請求項３】
前記対物レンズ素子は、複数の規格に対応する複数の波長の光を集光可能であり、
前記複数の波長の中で、前記第１波長は最も短い波長であり、前記第２波長は最も長い波長である、請求項１に記載の対物レンズ素子。
【請求項４】
前記第１波長が３５０〜４５０ｎｍであり、前記第２波長が６００〜７００ｎｍである、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記第１波長が３５０〜４５０ｎｍであり、前記第２波長が７００〜８００ｎｍである、請求項１に記載の対物レンズ素子。
【請求項６】
前記一方面には、前記第２領域を取り囲む外周領域が更に設けられ、
前記外周領域には周期的な鋸歯状回折構造が形成されている、請求項１に記載の対物レンズ素子。
【請求項７】
前記一方面には、前記第２領域を取り囲む第３領域が更に設けられ、
前記第３領域には、前記第１回折構造及び前記第２回折構造とは異なる周期的な第３回折構造が形成されている、請求項１に記載の対物レンズ素子。
【請求項８】
前記一方面には、前記第３領域を取り囲む外周領域が更に設けられ、
前記外周領域には周期的な鋸歯状回折構造が形成されている、請求項７に記載の対物レンズ素子。
【請求項９】
前記第１波長の第１の入射光束を第１基板厚の基板を通して集光してスポットを形成するとともに、前記第１波長より長い第２波長の第２の入射光束を、前記第１基板厚より厚い第２基板厚の基板を通して集光してスポットを形成する光ヘッド装置であって、
前記第１波長の光束を出射する第１の光源と、
前記第２波長の光束を出射する第２の光源と、
請求項１に記載の対物レンズ素子と、
光ディスクの情報記録面によって反射された光を検出する検出素子とを備える、光ヘッド装置。
【請求項１０】
第１波長の光と、前記第１波長より長い第２波長の光と、前記第２波長より長い第３波長の光を光ディスクの情報記録面に集光可能な対物レンズ素子であって、
以下の条件を満足する、対物レンズ素子：
Ｌ１＜０ ・・・（３）
Ｌ２＞０ ・・・（４）
ここで、
Ｌ１：対物レンズ素子の入射側面から第２波長の光源の物点位置までの距離、
Ｌ２：対物レンズ素子の入射側面から第３波長の光源の物点位置までの距離
である。
【請求項１１】
前記第１波長の第１の入射光束を第１基板厚の基板を通して集光してスポットを形成し、前記第１波長より長い第２波長の第２の入射光束を、前記第１基板厚より厚い第２基板厚の基板を通して集光してスポットを形成し、前記第２波長より長い第３波長の第３の入射光束を、前記第２基板厚より厚い第３基板厚の基板を通して集光してスポットを形成する光ヘッド装置であって、
前記第１波長の光束を出射する第１の光源と、
前記第２波長の光束を出射する第２の光源と、
前記第３波長の光束を出射する第３の光源と、
請求項１０に記載の対物レンズ素子と、
光ディスクの情報記録面によって反射された光を検出する検出素子とを備える、光ヘッド装置。
【請求項１】
第１波長の光と、第２波長の光とを光ディスクの情報記録面に集光可能な対物レンズ素子であって、
一方面に、光軸を含む第１領域と、前記第１領域を取り囲む第２領域とを備え、
前記第１領域には、周期的な第１回折構造が形成されており、
前記第２領域には、前記第１回折構造とは異なる周期的な第２回折構造が形成されており、
以下の条件式を満足する、対物レンズ素子：
｜Ａ１−Ｂ１｜＜｜Ａ２−Ｂ２｜ （１）
｜Ｂ１｜≧｜Ｂ２｜ （２）
ここで、
Ａ１：第１波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ｂ１：第２波長の光を情報記録面に集光するための第１領域の回折次数、
Ａ２：第１波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数、
Ｂ２：第２波長の光を情報記録面に集光するための第２領域の回折次数
である。
【請求項２】
前記第１領域及び第２領域の両方が像側開口数０．８以下の領域に形成されている、請求項１に記載の対物レンズ素子。
【請求項３】
前記対物レンズ素子は、複数の規格に対応する複数の波長の光を集光可能であり、
前記複数の波長の中で、前記第１波長は最も短い波長であり、前記第２波長は最も長い波長である、請求項１に記載の対物レンズ素子。
【請求項４】
前記第１波長が３５０〜４５０ｎｍであり、前記第２波長が６００〜７００ｎｍである、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記第１波長が３５０〜４５０ｎｍであり、前記第２波長が７００〜８００ｎｍである、請求項１に記載の対物レンズ素子。
【請求項６】
前記一方面には、前記第２領域を取り囲む外周領域が更に設けられ、
前記外周領域には周期的な鋸歯状回折構造が形成されている、請求項１に記載の対物レンズ素子。
【請求項７】
前記一方面には、前記第２領域を取り囲む第３領域が更に設けられ、
前記第３領域には、前記第１回折構造及び前記第２回折構造とは異なる周期的な第３回折構造が形成されている、請求項１に記載の対物レンズ素子。
【請求項８】
前記一方面には、前記第３領域を取り囲む外周領域が更に設けられ、
前記外周領域には周期的な鋸歯状回折構造が形成されている、請求項７に記載の対物レンズ素子。
【請求項９】
前記第１波長の第１の入射光束を第１基板厚の基板を通して集光してスポットを形成するとともに、前記第１波長より長い第２波長の第２の入射光束を、前記第１基板厚より厚い第２基板厚の基板を通して集光してスポットを形成する光ヘッド装置であって、
前記第１波長の光束を出射する第１の光源と、
前記第２波長の光束を出射する第２の光源と、
請求項１に記載の対物レンズ素子と、
光ディスクの情報記録面によって反射された光を検出する検出素子とを備える、光ヘッド装置。
【請求項１０】
第１波長の光と、前記第１波長より長い第２波長の光と、前記第２波長より長い第３波長の光を光ディスクの情報記録面に集光可能な対物レンズ素子であって、
以下の条件を満足する、対物レンズ素子：
Ｌ１＜０ ・・・（３）
Ｌ２＞０ ・・・（４）
ここで、
Ｌ１：対物レンズ素子の入射側面から第２波長の光源の物点位置までの距離、
Ｌ２：対物レンズ素子の入射側面から第３波長の光源の物点位置までの距離
である。
【請求項１１】
前記第１波長の第１の入射光束を第１基板厚の基板を通して集光してスポットを形成し、前記第１波長より長い第２波長の第２の入射光束を、前記第１基板厚より厚い第２基板厚の基板を通して集光してスポットを形成し、前記第２波長より長い第３波長の第３の入射光束を、前記第２基板厚より厚い第３基板厚の基板を通して集光してスポットを形成する光ヘッド装置であって、
前記第１波長の光束を出射する第１の光源と、
前記第２波長の光束を出射する第２の光源と、
前記第３波長の光束を出射する第３の光源と、
請求項１０に記載の対物レンズ素子と、
光ディスクの情報記録面によって反射された光を検出する検出素子とを備える、光ヘッド装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１８５９００（Ｐ２０１２−１８５９００Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２９０６３（Ｐ２０１２−２９０６３）
【出願日】平成２４年２月１４日（２０１２．２．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１４日（２０１２．２．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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