(57)【要約】【課題】  構成を複雑にすることなく、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対する互換を実現する。【解決手段】  第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズ３４と、第１乃至第３の波長の光ビームの光路上に配置される光学素子５０の一方の面に設けられる回折部５０とを備え、回折部５０は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域５１と、第１の回折領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域５２と、第２の回折領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域５３とを有し、第１及び第２の領域５１，５２は、輪帯状で且つ所定の深さを有しそれぞれ異なる構造とされた第１及び第２の回折構造が形成される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の光ディスクと、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクと、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクとに対して光ビームを照射して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられ、上記第１の光ディスクに対応した第１の波長の光ビームと、上記第２の光ディスクに対応した上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームと、上記第３の光ディスクに対応した上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームとを対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズにおいて、
入射側の面又は出射側の面に設けられる回折部を備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域とを有し、
上記第１の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ３ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第２の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１の回折構造とは異なる構造の第２の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるとともに、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、
上記第３の領域は、通過する上記第１の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、
上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−１，−２）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−２）、（０，−１）、又は（＋１，０）である対物レンズ。
【請求項２】
上記第１の領域には、ステップ数が４とされた階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された階段形状の回折構造が基準面に対して形成され、上記階段構造の溝深さｄ（μｍ）が、３．３＜ｄ＜４．０であり、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１（ｍｍ）が、ｆ１＞１．８２であり、
上記ステップ数は、一周期の階段構造における段数であり、段差が階段構造における平均一段高さの１／２以下となる場合はステップとして数えないものであり、
上記溝深さは、一周期の階段構造における光軸方向に最も離間した面の間の光軸方向の距離である請求項１記載の対物レンズ。
【請求項３】
上記第３の領域は、非球面連続面として形成され、レンズ曲面の屈折力により、通過する上記第１の波長の光ビームを第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする請求項１記載の対物レンズ。
【請求項４】
上記第３の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１及び第２の回折構造とは異なる構造の第３の回折構造が形成された回折領域であり、通過する上記第１の波長の光ビームの当該対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数の回折光を発生させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームの当該対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの当該対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる請求項１記載の対物レンズ。
【請求項５】
少なくとも第１の光ディスクと、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクと、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクとに対して光ビームを照射して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられ、上記第１の光ディスクに対応した第１の波長の光ビームと、上記第２の光ディスクに対応した上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームと、上記第３の光ディスクに対応した上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームとを対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズにおいて、
入射側の面又は出射側の面に設けられる回折部を備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域とを有し、
上記第１の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ３ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第２の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１の回折構造とは異なる構造の第２の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるとともに、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、
上記第３の領域は、通過する上記第１の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、
上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、又は（＋１，０）である対物レンズ。
【請求項６】
上記第１の領域には、ステップ数が６とされた階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された階段形状の回折構造が基準面に対して形成され、上記階段構造の溝深さｄ（μｍ）が、４．７＜ｄ＜５．７であり、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１（ｍｍ）が、ｆ１＞１．７２であり、
上記ステップ数は、一周期の階段構造における段数であり、段差が階段構造における平均一段高さの１／２以下となる場合はステップとして数えないものであり、
上記溝深さは、一周期の階段構造における光軸方向に最も離間した面の間の光軸方向の距離である請求項５記載の対物レンズ。
【請求項７】
上記第３の領域は、非球面連続面として形成され、レンズ曲面の屈折力により、通過する上記第１の波長の光ビームを第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする請求項５記載の対物レンズ。
【請求項８】
上記第３の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１及び第２の回折構造とは異なる構造の第３の回折構造が形成された回折領域であり、通過する上記第１の波長の光ビームの当該対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数の回折光を発生させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームの当該対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの当該対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる請求項５記載の対物レンズ。
【請求項９】
少なくとも第１の光ディスクと、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクと、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクとに対して光ビームを照射して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられ、上記第１の光ディスクに対応した第１の波長の光ビームと、上記第２の光ディスクに対応した上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームと、上記第３の光ディスクに対応した上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームとを対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズにおいて、
入射側の面又は出射側の面に設けられる回折部を備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域とを有し、
上記第１の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ３ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第２の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１の回折構造とは異なる構造の第２の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるとともに、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、
上記第３の領域は、通過する上記第１の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、
上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０，−１，−２）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、（＋１，０）又は（＋１，−１）である対物レンズ。
【請求項１０】
上記第１の領域には、ステップ数が３とされた階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された階段形状の回折構造が基準面に対して形成され、上記階段構造の溝深さｄ（μｍ）が、６．１＜ｄ＜７．４であり、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１（ｍｍ）が、ｆ１＞１．８６であり、
上記ステップ数は、一周期の階段構造における段数であり、段差が階段構造における平均一段高さの１／２以下となる場合はステップとして数えないものであり、
上記溝深さは、一周期の階段構造における光軸方向に最も離間した面の間の光軸方向の距離である請求項９記載の対物レンズ。
【請求項１１】
少なくとも第１の光ディスクと、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクと、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクとに対して光ビームを照射して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられ、上記第１の光ディスクに対応した第１の波長の光ビームと、上記第２の光ディスクに対応した上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームと、上記第３の光ディスクに対応した上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームとを対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズにおいて、
入射側の面又は出射側の面に設けられる回折部を備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域とを有し、
上記第１の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ３ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第２の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１の回折構造とは異なる構造の第２の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるとともに、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、
上記第３の領域は、通過する上記第１の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、
上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０，−２，−３）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、又は（＋１，０）である対物レンズ。
【請求項１２】
上記第１の領域には、ステップ数が５とされた階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された階段形状の回折構造が基準面に対して形成され、上記階段構造の溝深さｄ（μｍ）が、３．５＜ｄ＜４．２であり、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１（ｍｍ）が、ｆ１＞１．７６であり、
上記ステップ数は、一周期の階段構造における段数であり、段差が階段構造における平均一段高さの１／２以下となる場合はステップとして数えないものであり、
上記溝深さは、一周期の階段構造における光軸方向に最も離間した面の間の光軸方向の距離である請求項１１記載の対物レンズ。
【請求項１３】
少なくとも第１の光ディスクと、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクと、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクとに対して光ビームを照射して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられ、上記第１の光ディスクに対応した第１の波長の光ビームと、上記第２の光ディスクに対応した上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームと、上記第３の光ディスクに対応した上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームとを対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズにおいて、
入射側の面又は出射側の面に設けられる回折部を備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域とを有し、
上記第１の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ３ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第２の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１の回折構造とは異なる構造の第２の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるとともに、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、
上記第３の領域は、通過する上記第１の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、
上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋２，−１，−２）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、又は（＋１，０）である対物レンズ。
【請求項１４】
上記第１の領域には、ステップ数が５とされた階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された階段形状の回折構造が基準面に対して形成され、上記階段構造の溝深さｄ（μｍ）が、４．４＜ｄ＜５．４であり、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１（ｍｍ）が、ｆ１＞１．７６であり、
上記ステップ数は、一周期の階段構造における段数であり、段差が階段構造における平均一段高さの１／２以下となる場合はステップとして数えないものであり、
上記溝深さは、一周期の階段構造における光軸方向に最も離間した面の間の光軸方向の距離である請求項１３記載の対物レンズ。
【請求項１５】
第１の光ディスクに対応した第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、
上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクに対応した上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、
上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクに対応した上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、
上記第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられる回折部とを備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域とを有し、
上記第１の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ３ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第２の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１の回折構造とは異なる構造の第２の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるとともに、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、
上記第３の領域は、通過する上記第１の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、
上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−１，−２）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−２）、（０，−１）、又は（＋１，０）である光ピックアップ。
【請求項１６】
第１の光ディスクに対応した第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、
上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクに対応した上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、
上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクに対応した上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、
上記第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられる回折部とを備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域とを有し、
上記第１の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ３ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第２の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１の回折構造とは異なる構造の第２の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるとともに、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、
上記第３の領域は、通過する上記第１の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、
上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、又は（＋１，０）である光ピックアップ。
【請求項１７】
少なくとも第１の光ディスクと、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクと、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクとから任意に選択される光ディスクを保持して回転駆動する駆動手段と、
上記駆動手段によって回転駆動される光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップとを備え、
上記光ピックアップは、第１の光ディスクに対応した第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、
上記第２の光ディスクに対応した上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、
上記第３の光ディスクに対応した上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、
上記第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられる回折部とを備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域とを有し、
上記第１の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ３ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第２の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１の回折構造とは異なる構造の第２の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるとともに、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、
上記第３の領域は、通過する上記第１の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、
上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−１，−２）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−２）、（０，−１）、又は（＋１，０）である光ディスク装置。
【請求項１８】
少なくとも第１の光ディスクと、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクと、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクとから任意に選択される光ディスクを保持して回転駆動する駆動手段と、
上記駆動手段によって回転駆動される光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップとを備え、
上記光ピックアップは、第１の光ディスクに対応した第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、
上記第２の光ディスクに対応した上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、
上記第３の光ディスクに対応した上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、
上記第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられる回折部とを備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域とを有し、
上記第１の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ３ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、
上記第２の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１の回折構造とは異なる構造の第２の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるとともに、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、
上記第３の領域は、通過する上記第１の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、
上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、又は（＋１，０）である光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる３種類の光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられる対物レンズ、並びに光ピックアップ及びこの光ピックアップを用いた光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代光ディスクフォーマットとして、青紫色半導体レーザによる波長４０５ｎｍ程度の光ビームを用いて信号の記録再生を行う高密度記録が可能な光ディスク（以下、「高密度記録光ディスク」という。）が提案されている。この高密度記録光ディスクは、信号記録層を保護するカバー層の厚さを薄く、例えば０．１ｍｍとした構造のものが提案されている。
【０００３】
これらの高密度記録光ディスクに対応する光ピックアップを提供するに際して、従来の光ディスクとの互換性を有することが望まれる。すなわち、従来の使用波長が７８５ｎｍ付近であるＣＤ（Compact Disc）、使用波長が６５５ｎｍ付近であるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のフォーマットの異なる光ディスクとの互換性を有するものが望まれる。このように、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるフォーマットの光ディスク間の互換性を有する光ピックアップ及び光ディスク装置が必要とされる。
【０００４】
従来、異なるフォーマットとされた３種類の光ディスクに対して、情報信号の記録又は再生を実現する方法として、例えば、図５９のような構成が考えられる。すなわち、図５９に示すようなＤＶＤ・ＣＤ用、及び、高密度記録光ディスク用の２種類の対物レンズと２種類の光学系を設け、それぞれの対物レンズを使用波長毎に切り換える方式のものがある。
【０００５】
図５９に示す光ピックアップ１３０は、２種類の対物レンズ１３３，１３４を設けることにより、異なる種類の光ディスクの記録及び／又は再生を実現するものである。光ピックアップ１３０は、ＣＤ等の光ディスクに対して波長７８５ｎｍ程度の光ビームを出射する出射部と、ＤＶＤ等の光ディスクに対して波長６５５ｎｍ程度の光ビームを出射する出射部とを有するレーザダイオード等の光源部１３２を有する。また、光ピックアップ１３０は、高密度記録光ディスクに対して波長４０５ｎｍ程度の光ビームを出射する出射部を有するレーザダイオード等の光源部１３１を有する。また、光ピックアップ１３０は、ＤＶＤ、ＣＤ等の光ディスク用の対物レンズ１３４と、高密度記録光ディスク用の対物レンズ１３３とを備える。また、この光ピックアップは、コリメータレンズ１４２Ａ，１４２Ｂ、１／４波長板１４３Ａ，１４３Ｂ、立ち上げミラー１４４Ａ，１４４Ｂ、ビームスプリッタ１３７，１３８、グレーティング１３９，１４０、光検出器１４５、マルチレンズ１４６等を備える。
【０００６】
光源部１３２より出射された波長７８５ｎｍ程度の光ビームは、ビームスプリッタ１３７、ビームスプリッタ１３８を透過し、対物レンズ１３４へと入射する。この対物レンズ１３４によって厚さ１．１ｍｍの保護層（カバー層）を有する光ディスクの信号記録面に集光される。
【０００７】
同様に、光源部１３２より出射された波長６５５ｎｍ程度の光ビームは、まったく同一の光路によって対物レンズ１３４へと入射し、厚さ０．６ｍｍの保護層を有する光ディスクの信号記録面に集光される。光ディスクの信号記録面で反射された波長７８５ｎｍ及び波長６５５ｎｍの戻り光は、ビームスプリッタ１３８を経て、フォトディテクタ等を有する光検出器１４５で検出される。
【０００８】
光源部１３１より出射された波長４０５ｎｍ程度の光ビームは、ビームスプリッタ１３７で反射され、ビームスプリッタ１３８を経て対物レンズ１３３へと入射する。この対物レンズ１３３によって厚さ約０．１ｍｍの保護層を有する光ディスクの信号記録面に集光される。光ディスクの信号記録面で反射された波長４０５ｎｍの戻り光は、ビームスプリッタ１３８を経て、光検出器１４５で検出される。
【０００９】
以上のような図５９に示す光ピックアップは、上述のようなＤＶＤ／ＣＤ用の対物レンズ１３４と、高密度記録光ディスク用の対物レンズ１３３との２種類の対物レンズを設けることにより、異なる３種類の光ディスクの記録及び／又は再生を実現する。すなわち、かかる光ピックアップは、複数種類の光ディスク間の互換を実現する。
【００１０】
しかしながら、上述のような光ピックアップでは、以下のような問題がある。まず、各光ディスク毎に最適となる対物レンズの傾きに相違がある。上述の光ピックアップでは、２個の対物レンズ１３３，１３４を用いることによって、それぞれの対物レンズ１３３，１３４のアクチュエータのレンズホルダへの取り付け角度が不適切となる場合がある。そして、このことにより光ディスクに対して最適な対物レンズの傾きとすることができない場合がある。この結果、再生信号の品質が低下するといった問題がある。また、上述の光ピックアップでは、２種類の対物レンズ１３３，１３４を用いることによって、立ち上げミラー、コリメータレンズ或いは１／４波長板といった２種類の光学系のそれぞれの光路内に挿入する必要のある部品点数が増大することとなる。このため、高コストになり、光ピックアップが大型化してしまうといった問題がある。さらに、上述の光ピックアップでは、２つの対物レンズ１３３，１３４を対物レンズ駆動用のアクチュエータに搭載する必要があるため、アクチュエータの重量が増大し、感度が低下するという問題もあった。
【００１１】
これに対し、上述のような問題を解消するとともに、さらに光学部品の簡素化を可能とするため複数種類の光ディスク及び３種類の使用波長に対して共通の単一の対物レンズを備える光ピックアップも検討されている。３波長の光ビームに対応した対物レンズを設ける場合の基本的指針としては、対物レンズに入射する前の光路上に回折光学素子等の回折部を設ける。そして、対物レンズに対して拡散・収束光の状態で入射させ、使用波長とメディアの組み合わせによって生じる球面収差を補正するというものである。
【００１２】
しかし、従来検討されている光ピックアップでは、回折部が複数面に設けられることにより構成されていたり、対物レンズの球面とは異なる球面形状を回折面に設ける必要があったりした。さらに、対物レンズの入射前の光路に複雑な構成を有する液晶素子を設けることが必要であったりした。これらの構成は、いずれもレンズ部、回折部、液晶素子等が別々に形成されたのち組み合わされており、これらの位置合わせや複数の回折面の貼り合わせにかなり高い精度が要求される。よって、製造の煩雑化・複雑化といった問題や、これらの精度が満たされないことによる問題等もあった。
【００１３】
また、例えば、特開２００４−２６５５７３号公報に記載のように、回折部を一面に設けた光ピックアップも考えられているが、２波長互換の実現に留まっていた。かかる構成では、３波長互換を実現するためには、別に残りの１波長に対応した対物レンズを設ける必要があり、光学部品の増大及び構成の複雑化といった問題があった。（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−２６５５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、構成を複雑にすることなく、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いて光ビームを信号記録面に集光して情報信号の記録及び／又は再生を実現する光ピックアップに用いられる対物レンズ並びに光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的を達成するため、本発明に係る対物レンズは、少なくとも第１の光ディスクと、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクと、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクとに対して光ビームを照射して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられ、上記第１の光ディスクに対応した第１の波長の光ビームと、上記第２の光ディスクに対応した上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームと、上記第３の光ディスクに対応した上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームとを対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズにおいて、入射側の面又は出射側の面に設けられる回折部を備え、上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域とを有し、上記第１の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ３ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、上記第２の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１の回折構造とは異なる構造の第２の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるとともに、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、上記第３の領域は、通過する上記第１の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする。そして、上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−１，−２）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−２）、（０，−１）、又は（＋１，０）である。
【００１７】
また、本発明に係る対物レンズは、上記（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）及び上記（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）に換えて、上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、又は（＋１，０）である。
【００１８】
また、本発明に係る対物レンズは、上記（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）及び上記（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）に換えて、上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０，−１，−２）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、（＋１，０）又は（＋１，−１）である。
【００１９】
また、本発明に係る対物レンズは、上記（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）及び上記（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）に換えて、上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０，−２，−３）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、又は（＋１，０）である。
【００２０】
また、本発明に係る対物レンズは、上記（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）及び上記（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）に換えて、上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋２，−１，−２）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、又は（＋１，０）である。
【００２１】
また、本発明に係る対物レンズにおいて、上記第３の領域は、非球面連続面として形成され、レンズ曲面の屈折力により、通過する上記第１の波長の光ビームを第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態としてもよい。
【００２２】
また、本発明に係る対物レンズにおいて、上記第３の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１及び第２の回折構造とは異なる構造の第３の回折構造が形成された回折領域であり、通過する上記第１の波長の光ビームの当該対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数の回折光を発生させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームの当該対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの当該対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させるようにしてもよい。
【００２３】
また、本発明に係る光ピックアップは、第１の光ディスクに対応した第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクに対応した上記第１の波長より長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクに対応した上記第２の波長より長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、上記第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、上記第１乃至第３の波長の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられる回折部とを備え、上記回折部は、最内周部に設けられ略円形状の光ビームを回折する第１の領域と、上記第１の領域の外側に設けられ輪帯状の光ビームを回折する第２の領域と、上記第２の領域の外側に設けられ輪帯状の第３の領域とを有し、上記第１の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ３ｉの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、上記第２の領域は、輪帯状で且つ所定の深さを有し上記第１の回折構造とは異なる構造の第２の回折構造が形成され、通過する上記第１の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ１ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させ、通過する上記第２の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光する次数がｋ２ｍの回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させるとともに、通過する上記第３の波長の光ビームの上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させ、上記第３の領域は、通過する上記第１の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させるとともに、通過する上記第２の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、通過する上記第３の波長の光ビームを上記対物レンズを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とし、上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−１，−２）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−２）、（０，−１）、又は（＋１，０）である。
【００２４】
また、本発明に係る光ピックアップは、上記（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）及び上記（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）に換えて、上記ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）であって、上記ｋ１ｍ，ｋ２ｍがそれぞれ、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、又は（＋１，０）である。
【００２５】
また、本発明に係る光ディスク装置は、少なくとも第１の光ディスクと、上記第１の光ディスクとは異なる種類の第２の光ディスクと、上記第１及び第２の光ディスクとは異なる種類の第３の光ディスクとから任意に選択される光ディスクを保持して回転駆動する駆動手段と、上記駆動手段によって回転駆動される光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップとを有する光ディスク装置であり、この光ディスク装置に用いる光ピックアップとして、上述したようなものを用いたものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、光ビームを出射する出射部と光ディスクの信号記録面との間の光路上に配置される光学素子の一面に設けられた回折部により、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能として、構成を複雑にすることなく、対物レンズを共通とした３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して良好な信号の記録及び／又は再生を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用した光ディスク装置を示すブロック回路図である。
【図２】本発明を適用した光ピックアップの光学系を示す光路図である。
【図３】図２に示す光ピックアップを構成する回折部の機能を説明するための図である。且つ回折部が対物レンズとは別体の光学素子に設けられていた場合を例に挙げて回折部が設けられ回折機能を有する回折光学素子及び屈折機能を有する対物レンズの機能を説明するための図である。（ａ）は、例えば、第１の光ディスクに対して第１の波長の光ビームの＋１次回折光を発生させた場合の光ビームを示すための図である。（ｂ）は、例えば、第２の光ディスクに対して第２の波長の光ビームの−１次回折光を発生させた場合の光ビームを示すための図である。（ｃ）は、例えば、第３の光ディスクに対して第３の波長の光ビームの−２次回折光を発生させた場合の光ビームを示すための図である。
【図４】図２に示す光ピックアップを構成する対物レンズの例として、外輪帯を非球面連続面として構成する例について説明するための図であり、（ａ）は、対物レンズの平面図であり、（ｂ）は、対物レンズの断面図である。
【図５】図２に示す光ピックアップを構成する対物レンズの他の例として、外輪帯を回折領域として構成する例について説明するための図であり、（ａ）は、対物レンズの平面図であり、（ｂ）は、対物レンズの断面図である。
【図６】図２に示す光ピックアップを構成する集光光学デバイスの例について説明するための図であり、図４に対応する変形例を説明するための図である。（ａ）は、その入射側の面に回折部が一体に形成された対物レンズにより構成された例の集光光学デバイスを示す側面図であり、（ｂ）は、入射側の面に回折部を有する回折光学素子と、対物レンズとにより構成された例の集光光学デバイスを示す側面図である。
【図７】図２に示す光ピックアップを構成する集光光学デバイスの例について説明するための図であり、図５に対応する変形例を説明するための図である。（ａ）は、その入射側の面に回折部が一体に形成された対物レンズにより構成された例の集光光学デバイスを示す側面図であり、（ｂ）は、入射側の面に回折部を有する回折光学素子と、対物レンズとにより構成された例の集光光学デバイスを示す側面図である。
【図８】図４及び図５に示す対物レンズの一面に設けられた回折部の構成を説明するための図である。（ａ）は、回折部の内輪帯として設けられた回折領域である第１の領域の例として基準面に対する形状を示す断面図である。（ｂ）は、回折部の中輪帯として設けられた回折領域である第２の領域の例として基準面に対する形状を示す断面図である。（ｃ）は、図５に示す回折部の外輪帯として設けられた回折領域である第３の領域の例として基準面に対する形状を示す断面図である。
【図９】光ピックアップを構成する回折部における３波長を回折して用いる回折領域（内輪帯）において、内輪帯構成例１を例に挙げて、球面収差補正可能性について説明するための図である。（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−１，−２）とした場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図１０】発散光を用いることにより球面収差補正できることを概念的に示す図である。具体的には、図９の状態に比べて、第２及び第３の波長を拡散光の状態で入射させることにより、プロット位置がシフトされて各プロットＰλ１，Ｐλ２’，Ｐλ３’が一直線上に位置される状態となることを示す図である。
【図１１】回折部において第１及び第３の波長における選択される回折次数ｋ１，ｋ３と、第３の波長に対する対物レンズの焦点距離との関係を説明するための図である。すなわち第１の波長の回折次数ｋ１毎に、第３の波長の回折次数ｋ３の変化に伴う第３の波長に対する焦点距離の変化を示す図である。
【図１２】内輪帯構成例１の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝４、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−１，−２）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図１３】図１２に示す内輪帯構成例と比較するための参考例の内輪帯の回折効率の変化を示す図であり、ブレーズ形状（Ｓ＝∞）で、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，＋１，＋１）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図１４】回折構造のピッチを決定する手法について説明するための図である。（ａ）は、半径方向の位置毎に設計波長λ０に付与を意図する設計位相量φを示す図である。（ｂ）は、（ａ）で示したφに基づいて、実際に半径方向の位置毎に与える位相量φ’を示す図である。（ｃ）は、（ｂ）で示した位相量φ’を付与する回折構造の形状を概念的に示す図である。
【図１５】内輪帯構成例２の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝６、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図１６】内輪帯構成例３の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝３、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０，−１，−２）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図１７】内輪帯構成例４の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝５、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０，−２，−３）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図１８】内輪帯構成例５の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝５、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋２，−１，−２）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図１９】内輪帯構成例２における（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−２，−３）とした場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図２０】内輪帯構成例３における（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０，−１，−２）とした場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図２１】内輪帯構成例４における（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０，−２，−３）とした場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図２２】内輪帯構成例５における（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋２，−１，−２）とした場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図２３】中輪帯におけるフレア化について説明する図であり、参考例として（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ）＝（＋３，＋２，＋２）とした場合の波長×回折次数と保護層厚さとによりプロットされる点及び対物レンズ設計直線の関係について示す図である。
【図２４】作動距離余裕と焦点距離との関係について説明するための図である。（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−１，−２）、（＋１，−２，−３）、（０，−１，−２）、（０，−２，−３）、（＋２，−１，−２）とした場合の焦点距離とＷＤ余裕との関係を示す図である。
【図２５】中輪帯構成例１の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝２、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（０，−１，＋１，−１）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図２６】中輪帯構成例１における球面補正可能性及びフレア化について説明する図であり、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（０，−１，＋１，−１）の場合の図である。かかる場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図２７】中輪帯構成例２の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝４、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（０，−２，＋２，−２）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図２８】中輪帯構成例３の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝３、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（＋１，０，−１，−２）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図２９】中輪帯構成例４の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝３、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（＋１，−１，＋２，−２）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図３０】中輪帯構成例２における球面補正可能性及びフレア化について説明する図であり、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（０，−２，＋２，−２）の場合の図である。かかる場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図３１】中輪帯構成例３における球面補正可能性及びフレア化について説明する図であり、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（＋１，０，−１，−２）の場合の図である。かかる場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図３２】中輪帯構成例４における球面補正可能性及びフレア化について説明する図であり、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（＋１，−１，＋２，−２）の場合の図である。かかる場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図３３】対物レンズの回折部における内輪帯、中輪帯及び外輪帯の基準となる非球面形状における軸上面間距離について説明するための図である。
【図３４】外輪帯構成例１におけるフレア化について説明する図であり、（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋４，＋２，＋２）とした場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図３５】外輪帯構成例１の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝∞、（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋４，＋２，＋２）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図３６】外輪帯構成例２におけるフレア化について説明する図であり、（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋１，＋１，＋１）とした場合の波長×回折次数と保護層厚さとの関係によりプロットされる点、及び対物レンズの設計直線の関係について示す図である。
【図３７】外輪帯構成例２の回折効率を計算するためのグラフであり、Ｓ＝∞、（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋１，＋１，＋１）とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図３８】図３９〜５０で示す縦収差について説明するための図であり、（ａ）は、収差がないレンズの縦収差の状態を示す図であり、（ｂ）は、収差があるレンズにおける縦収差の状態を示す線ＬＢを説明するための図である。
【図３９】実施例１について説明する図であり、第１の光ディスクの縦収差図である。
【図４０】実施例１について説明する図であり、第２の光ディスクの縦収差図である。
【図４１】実施例１について説明する図であり、第３の光ディスクの縦収差図である。
【図４２】実施例２について説明する図であり、第１の光ディスクの縦収差図である。
【図４３】実施例２について説明する図であり、第２の光ディスクの縦収差図である。
【図４４】実施例２について説明する図であり、第３の光ディスクの縦収差図である。
【図４５】実施例３について説明する図であり、第１の光ディスクの縦収差図である。
【図４６】実施例３について説明する図であり、第２の光ディスクの縦収差図である。
【図４７】実施例３について説明する図であり、第３の光ディスクの縦収差図である。
【図４８】実施例４について説明する図であり、第１の光ディスクの縦収差図である。
【図４９】実施例４について説明する図であり、第２の光ディスクの縦収差図である。
【図５０】実施例４について説明する図であり、第３の光ディスクの縦収差図である。
【図５１】本発明を適用した光ピックアップの光学系の他の例を示す光路図である。
【図５２】図２に示す光ピックアップを構成する対物レンズの更に他の例として、外輪帯に特徴を有する例について説明するための図であり、（ａ）は、対物レンズの平面図であり、（ｂ）は、対物レンズの断面図である。
【図５３】正規光及び不要光が第３の光ディスクのフォーカスサーチ時の信号に与える影響を説明するための図である。（ａ）は、フォーカスサーチ時のフォーカスエラー信号を示す。（ｂ）は、フォーカスサーチ時の和信号を示す図である。
【図５４】ディスク判別法について説明するための図である。（１）で示すフォーカスサーチと、（２）で示す最大和信号の決定と、（３）で示す信号間距離からフォーマットの推定とが一緒に示されたフォーカスサーチ時の和信号を示す図である。
【図５５】第３の光ディスク（ＣＤ）の信号面の縦収差図である。
【図５６】縦収差とフォーカス時の信号幅を示すΔとの関係を説明するための図である。
【図５７】第３の光ディスク（ＣＤ）の表面の縦収差図である。
【図５８】外輪帯の回折効率の変化を示すグラフであり、Ｓ＝∞で、ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏが０次〜５次とした場合の溝深さｄの変化に対する各波長の光ビームの回折効率の変化を示す図である。
【図５９】従来の光ピックアップの光学系の例を示す光路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、発明を実施するための最良の形態を以下の順で説明する。
１．光ディスク装置の全体構成
２．光ピックアップの全体構成
３．本発明を適用した対物レンズについて
４．本発明を適用した対物レンズの他の例について
５．本発明を適用した光ピックアップに用いられる回折部の例について（〔３．〕の変形例）
６．本発明を適用した光ピックアップに用いられる回折部の他の例について（〔４．〕の変形例）
７．対物レンズの実施例
８．本発明を適用した光ピックアップについて
９．本発明を適用した光ピックアップの他の例について
１０．外輪帯に特徴を有する対物レンズ及びこれを備えた光ピックアップの例について
【００２９】
〔１．光ディスク装置の全体構成〕
以下、本発明を適用した光ピックアップを用いた光ディスク装置について、図面を参照して説明する。
【００３０】
本発明が適用された光ディスク装置１は、図１に示すように、光ディスク２から情報記録再生を行う光ピックアップ３と、光ディスク２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ４とを備える。また、光ディスク装置１は、光ピックアップ３を光ディスク２の径方向に移動させる送りモータ５を備えている。この光ディスク装置１は、フォーマットの異なる３種類の光ディスク及び記録層が積層化された光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うことができる３規格間互換性を実現した光ディスク装置である。
【００３１】
ここで用いられる光ディスクは、例えば、発光波長が７８５ｎｍ程度の半導体レーザを用いたＣＤ(Compact Disc）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）、ＣＤ−ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクである。また、ここで用いられる光ディスクは、発光波長を６５５ｎｍ程度の半導体レーザを用いたＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ＋ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクである。さらに、ここで用いられる光ディスクは、さらに発光波長が短い４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能なＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））等の高密度記録光ディスクである。
【００３２】
特に、以下で光ディスク装置１により情報の再生又は記録を行う３種類の光ディスク２として、以下の第１乃至第３の光ディスク１１，１２，１３を用いるものとして説明する。第１の光ディスク１１は、０．１ｍｍ程度の第１の厚さで形成された保護層を有し波長４０５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用する高密度記録が可能な上述したＢＤ等の光ディスクである。第２の光ディスクは、０．６ｍｍ程度の第２の厚さで形成された保護層を有し波長６５５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ等の光ディスクである。第３の光ディスクは、１．１ｍｍ程度の第３の厚さで形成された保護層を有し波長７８５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＣＤ等の光ディスク１３である。
【００３３】
光ディスク装置１において、スピンドルモータ４及び送りモータ５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部９によりディスク種類に応じて駆動制御されている。スピンドルモータ４及び送りモータ５は、例えば、第１の光ディスク１１、第２の光ディスク１２、第３の光ディスク１３に応じて所定の回転数で駆動される。
【００３４】
光ピックアップ３は、３波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスクの記録層に対して異なる波長の光ビームを保護層側から照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ３は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号を出力する。
【００３５】
光ディスク装置１は、光ピックアップ３から出力された信号に基づいてフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するプリアンプ１４を備える。また、光ディスク装置１は、プリアンプ１４からの信号を復調し又は外部コンピュータ１７等からの信号を変調するための信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調器＆ＥＣＣブロックと記す。）１５を備える。また、光ディスク装置１は、インターフェース１６と、Ｄ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８と、オーディオ・ビジュアル処理部１９と、オーディオ・ビジュアル信号入出力部２０とを備える。
【００３６】
このプリアンプ１４は、光検出器からの出力に基づいて、非点収差法等によってフォーカスエラー信号を生成し、また、３ビーム法、ＤＰＤ法、ＤＰＰ法等によってトラッキングエラー信号を生成する。また、プリアンプ１４は、更にＲＦ信号を生成し、ＲＦ信号を、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５に出力する。また、プリアンプ１４は、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号とをサーボ制御部９に出力する。
【００３７】
信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第１の光ディスクに対して、データの記録を行うとき、インターフェース１６又はＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８から入力されたディジタル信号に対して、以下の処理を行う。すなわち、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第１の光ディスク１１に対してデータを記録するとき、入力されたディジタル信号に対して、ＬＤＣ−ＥＣＣ及びＢＩＳ等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行う。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、次いで、１−７ＰＰ方式等の変調処理を行う。また、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第２の光ディスク１２に対してデータを記録するとき、ＰＣ（Product Code）等のエラー訂正方式に従ってエラー訂正処理を行い、次いで、８−１６変調等の変調処理を行う。更に、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、第３の光ディスク１３に対してデータを記録するとき、ＣＩＲＣ等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行い、次いで、８−１４変調処理等の変調処理を行う。そして、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、変調されたデータをレーザ制御部２１に出力する。更に、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、各光ディスクの再生を行うとき、プリアンプ１４から入力されたＲＦ信号に基づいて、変調方式に応じた復調処理を行う。更に、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、エラー訂正処理を行って、インターフェース１６又はデータをＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８に出力する。
【００３８】
なお、データ圧縮してデータ記録するときには、圧縮伸長部を信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５とインターフェース１６又はＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８との間に設けても良い。この場合、データは、ＭＰＥＧ２やＭＰＥＧ４といった方式でデータが圧縮される。
【００３９】
サーボ制御部９は、プリアンプ１４からフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が入力される。サーボ制御部９は、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が０となるようなフォーカスサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成し、これらのサーボ信号に基づいて、対物レンズを駆動する２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動部を駆動制御する。また、プリアンプ１４からの出力より、同期信号等を検出して、ＣＬＶ（Constant Linear Velocity）やＣＡＶ（Constant Angular Velocity）、更にはこれらの組み合わせの方式等で、スピンドルモータをサーボ制御する。
【００４０】
レーザ制御部２１は、光ピックアップ３のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク２の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部２１は、ディスク種類判別部２２によって検出された光ディスク２の種類に応じて光ピックアップ３のレーザ光源を切り換えている。
【００４１】
ディスク種類判別部２２は、第１〜第３の光ディスク１１，１２，１３の間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から反射光量の変化を検出し光ディスク２の異なるフォーマットを検出することができる。
【００４２】
光ディスク装置１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部２２における検出結果に応じて、装着される光ディスク２の仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。
【００４３】
システムコントローラ７は、ディスク種類判別部２２で判別された光ディスク２の種類に応じて装置全体を制御する。また、システムコントローラ７は、ユーザからの操作入力に応じて、光ディスク最内周にあるプリマスタードピットやグルーブ等に記録されたアドレス情報や目録情報（Table Of Contents；ＴＯＣ）に基づいて、各部を制御する。すなわち、システムコントローラ７は、上述の情報に基づいて、記録再生を行う光ディスクの記録位置や再生位置を特定し、特定した位置に基づいて、各部を制御する。
【００４４】
以上のように構成された光ディスク装置１は、スピンドルモータ４によって、光ディスク２を回転操作する。そして、光ディスク装置１は、サーボ制御部９からの制御信号に応じて送りモータ５を駆動制御し、光ピックアップ３を光ディスク２の所望の記録トラックに対応する位置に移動することで、光ディスク２に対して情報の記録再生を行う。
【００４５】
具体的には、光ディスク装置１により記録再生するときには、サーボ制御部９は、ＣＡＶやＣＬＶやこれらの組み合わせで光ディスク２を回転する。光ピックアップ３は、光源から光ビームを照射して光検出器により光ディスク２からの戻りの光ビームを検出し、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成する。また、光ピックアップ３は、これらフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいて対物レンズ駆動機構により対物レンズを駆動してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行う。
【００４６】
また、光ディスク装置１により記録する際には、外部コンピュータ１７からの信号がインターフェース１６を介して信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５に入力される。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、インターフェース１６又はＡ／Ｄ変換器１８から入力されたディジタルデータに対して上述したような所定のエラー訂正符号を付加し、更に所定の変調処理を行った後に記録信号を生成する。レーザ制御部２１は、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５で生成された記録信号に基づいて、光ピックアップ３のレーザ光源を制御して、所定の光ディスクに記録する。
【００４７】
また、光ディスク２に記録された情報を光ディスク装置１により再生する際には、光検出器で検出された信号に対して、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５が復調処理を行う。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェース１６を介して外部コンピュータ１７に出力される。これにより、外部コンピュータ１７は、光ディスク２に記録された信号に基づいて動作することができる。また、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ変換器１８でデジタルアナログ変換され、オーディオ・ビジュアル処理部１９に供給される。そしてオーディオ・ビジュアル処理部１９でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオ・ビジュアル信号入出力部２０を介して、図示しない外部のスピーカやモニターに出力される。
【００４８】
ここで、上述した光ディスク装置１に用いられる記録再生用光ピックアップ３等について詳しく説明する。
【００４９】
〔２．光ピックアップの全体構成〕
次に、上述した光ディスク装置１に用いられる本発明を適用した光ピックアップ３について説明する。この光ピックアップ３は、上述したように、保護層の厚さ等のフォーマットが異なる３種類の第１乃至第３の光ディスク１１，１２，１３から任意に選択された光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射する。そして、この光ピックアップ３は、３種類の光ディスクのそれぞれに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う３波長互換を実現する光ピックアップである。それとともに、この光ピックアップ３は、光利用効率を高めること、不要光入射を低減させること、作動距離と焦点距離を適切にすること、製造の観点から有利な構成とすること等を実現するものである。
【００５０】
本発明を適用した光ピックアップ３は、図２に示すように、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部を有する第１の光源部３１を備える。また、光ピックアップ３は、第１の波長より長い第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部を有する第２の光源部３２を備える。また、光ピックアップ３は、第２の波長より長い第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部を有する第３の光源部３３を備える。また、光ピックアップ３は、この第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光する集光光学デバイスとして機能する対物レンズ３４を備える。
【００５１】
また、光ピックアップ３は、第２及び第３の出射部と対物レンズ３４との間に設けられる第１のビームスプリッタ３６を有する。この第１のビームスプリッタ３６は、第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームの光路と第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームの光路とを合成する光路合成手段として機能する。また、光ピックアップ３は、第１のビームスプリッタ３６と対物レンズ３４との間に設けられる第２のビームスプリッタ３７を有する。この第２のビームスプリッタ３７は、第１のビームスプリッタ３６で光路を合成された第２及び第３の波長の光ビームの光路と、第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームの光路とを合成する光路合成手段として機能する。また、光ピックアップ３は、第２のビームスプリッタ３７と対物レンズ３４との間に設けられる第３のビームスプリッタ３８を有する。この第３のビームスプリッタ３８は、第２のビームスプリッタ３７で光路を合成された第１乃至第３の波長の光ビームの往路の光路と、光ディスクで反射された第１乃至第３の波長の光ビームの戻り（以下、「復路」ともいう。）の光路とを分離する光路分離手段として機能する。
【００５２】
さらに、光ピックアップ３は、第１の光源部３１の第１の出射部と第２のビームスプリッタ３７との間に設けられる第１のグレーティング３９を有する。この第１のグレーティング３９は、第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに回折する。また、光ピックアップ３は、第２の光源部３２の第２の出射部と第１のビームスプリッタ３６との間に設けられる第２のグレーティング４０を有する。この第２のグレーティング４０は、第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに回折する。また、光ピックアップ３は、第３の光源部３３の第３の出射部と第１のビームスプリッタ３６との間に設けられる第３のグレーティング４１を有する。この第３のグレーティング４１は、第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために３ビームに回折する。
【００５３】
また、光ピックアップ３は、第３のビームスプリッタ３８と対物レンズ３４との間に設けられるコリメータレンズ４２を有する。このコリメータレンズ４２は、第３のビームスプリッタ３８で光路を合成された第１乃至第３の波長の光ビームの発散角を変換して略平行光の状態又は略平行光に対して拡散若しくは収束した状態となるように調整して出射させる発散角変換手段として機能する。また、光ピックアップ３は、コリメータレンズ４２と対物レンズ３４との間に設けられ、コリメータレンズ４２に発散角を調整された第１乃至第３の波長の光ビームに１／４波長の位相差を与える１／４波長板４３を有する。また、光ピックアップ３は、対物レンズ３４と１／４波長板４３との間に設けられる立ち上げミラー４４を有する。立ち上げミラー４４は、対物レンズ３４の光軸に略直交する平面内で上述した光学部品を経由された光ビームを反射して立ち上げることにより対物レンズ３４の光軸方向に光ビームを出射させる。
【００５４】
さらに、光ピックアップ３は、第３のビームスプリッタ３８で往路の第１乃至第３の波長の光ビームの光路から分離された復路の第１乃至第３の波長の光ビームを受光して検出する光検出器４５を有する。また、光ピックアップ３は、第３のビームスプリッタ３８と光検出器４５との間に設けられるマルチレンズ４６を有する。このマルチレンズ４６は、第３のビームスプリッタ３８で分離された復路の第１乃至第３の波長の光ビームを光検出器４５のフォトディテクタ等の受光面に集光させるとともにフォーカスエラー信号等の検出のための非点収差を付与する。
【００５５】
第１の光源部３１は、第１の光ディスク１１に対して４０５ｎｍ程度の第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部を有する。第２の光源部３２は、第２の光ディスク１２に対して６５５ｎｍ程度の第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部を有する。第３の光源部３３は、７８５ｎｍ程度の第３の光ディスクに対して第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部を有する。尚、ここでは、第１乃至第３の出射部をそれぞれ別々の光源部３１，３２，３３に配置するように構成したが、これに限られるものではない。例えば、第１乃至第３の出射部の内２つの出射部を有する光源部と、残りの１つの出射部を有する光源部とを異なる位置に配置するように構成してもよい。さらに例えば、第１乃至第３の出射部を略同一位置に有する光源部となるように構成してもよい。
【００５６】
対物レンズ３４は、入射した第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光させる。この対物レンズ３４は、図示しない２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動機構によって移動自在に保持されている。そして、この対物レンズ３４は、光検出器４５で検出された光ディスク２からの戻り光のＲＦ信号により生成されたトラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号に基づいて、２軸アクチュエータ等により移動操作される。これにより対物レンズ３４は、光ディスク２に近接離間する方向及び光ディスク２の径方向の２軸方向へ移動される。よって、対物レンズ３４は、第１乃至第３の出射部から出射される光ビームが光ディスク２の信号記録面上で常に焦点が合うように、この光ビームを集束するとともに、この集束された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に形成された記録トラックに追従させる。尚、後述のように回折部５０を対物レンズとは別体の光学素子（回折光学素子３５Ｂ）に設ける場合（図６参照）がある。この場合には、対物レンズ３４Ｂが保持される対物レンズ駆動機構のレンズホルダに、この対物レンズ３４Ｂと一体となるように後述の回折光学素子３５Ｂを保持するように構成されることになる。そして、かかる構成により、対物レンズ３４Ｂのトラッキング方向への移動等の視野振りの際にも回折光学素子３５Ｂに設けた回折部５０の後述の作用効果を適切に発揮することができる。
【００５７】
また、対物レンズ３４は、その一方の面として例えば、入射側の面に複数の回折領域からなる回折部５０が設けられている。対物レンズ３４は、この回折部５０により、複数の回折領域毎に通過する第１乃至第３の波長の光ビームのそれぞれを所定の次数となるように回折する。対物レンズ３４の回折部５０は、所定の発散角を有する拡散状態又は収束状態の光ビームとして対物レンズ３４に入射させるのと同様の状態とできる。すなわち、回折部５０は、この単一の対物レンズ３４を用いて第１乃至第３の波長の光ビームをそれぞれに対応する３種類の光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。回折部５０を有する対物レンズ３４は、基準となる屈折力を発生させるレンズ面形状を基準として回折力を発生させる回折構造が形成されている。回折部５０を有する対物レンズ３４は、かかる構成により、３つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。また、このように対物レンズ３４は、屈折素子の機能と回折素子の機能を兼ね備えており、すなわち、レンズ曲面による屈折機能と、一方の面に設けられた回折部５０による回折機能とを兼ね備えるものである。
【００５８】
ここで、回折部５０の回折機能について概念的に説明するために、後述のように、回折部５０が屈折力を有する対物レンズ３４Ｂと別体の回折光学素子３５Ｂに設けられていた場合（図６参照）を例に挙げて説明する。屈折機能のみを有する対物レンズ３４Ｂとともに用いられ、回折光学素子３５Ｂは、例えば、図３（ａ）に示すように、回折部５０を通過した第１の波長の光ビームＢＢ０を＋１次回折光ＢＢ１となるように回折して対物レンズ３４Ｂに入射させる。すなわち、回折部５０を有する回折光学素子３５Ｂは、所定の発散角を有する拡散状態の光ビームとして対物レンズ３４Ｂに入射させることで、第１の光ディスク１１の信号記録面に適切に集光させる。また、この回折光学素子３５Ｂは、図３（ｂ）に示すように、回折部５０を通過した第２の波長の光ビームＢＤ０を−１次回折光ＢＤ１となるように回折して対物レンズ３４Ｂに入射させる。すなわち、回折部５０を有する回折光学素子３５Ｂは、所定の発散角を有する収束状態の光ビームとして対物レンズ３４Ｂに入射させることで、第２の光ディスク１２の信号記録面に適切に集光させる。また、この回折光学素子３５Ｂは、図３（ｃ）に示すように、回折部５０を通過した第３の波長の光ビームＢＣ０を−２次回折光ＢＣ１となるように回折して対物レンズ３４Ｂに入射させる。すなわち、回折部５０を有する回折光学素子３５Ｂは、所定の発散角を有する収束状態の光ビームとして対物レンズ３４Ｂに入射させることで、第３の光ディスク１３の信号記録面に適切に集光させる。このように、回折光学素子３５Ｂの回折部５０は、単一の対物レンズ３４Ｂを用いて３種類の光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。尚、ここでは、回折部５０の複数の回折領域において、同じ波長の光ビームを同じ回折次数の回折光とする例について図３を用いて説明したが、これに限られるものでない。本発明を適用した光ピックアップ３を構成する回折部５０は、後述のように、各領域毎に各波長に対する回折次数を設定し、適切な開口制限を行うとともに球面収差を低減するように構成することを可能とする。以上では、説明のため回折部５０を対物レンズと別体の光学素子に設けた場合を例に挙げて説明したが、ここで説明する対物レンズ３４の一方の面に一体に設けた回折部５０もその回折構造に応じた回折力を付与することで同様の機能を有する。そして、回折部５０の回折力と、対物レンズ３４の基準となるレンズ曲面による屈折力により、各波長の光ビームを対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。
【００５９】
上述及び以下の回折次数の記載において、入射した光ビームに対して、進行方向に進むにつれて光軸側に近接する方向に回折する次数を正の次数とし、進行方向に進むにつれて光軸から離間する方向に回折する次数を負の次数とする。換言すると、入射した光ビームに対して光軸方向に向かって回折する次数を正の次数とする。
【００６０】
尚、本発明を適用した光ピックアップ３等に設けられる対物レンズや回折部としては、図４に示す対物レンズ３４及び回折部５０に限られるものではなく、他の構成として図５〜図７の例が挙げられる。各具体的構成については、後述の〔３．〕〜〔６．〕で詳細に説明する。
【００６１】
対物レンズ３４と第３のビームスプリッタ３８との間に設けられたコリメータレンズ４２は、第２のビームスプリッタ３７で光路を合成され、第３のビームスプリッタ３８を透過された、第１乃至第３の波長の光ビームの発散角をそれぞれ変換する。かかるコリメータレンズ４２は、各波長の光ビームの発散角を変換して、例えば略平行光の状態として、１／４波長板４３及び対物レンズ３４側に出射させる。例えば、コリメータレンズ４２は、第１の波長の光ビームの発散角を、略平行光の状態として上述した対物レンズ３４に入射させる。それとともに、コリメータレンズ４２は、第２及び第３の波長の光ビームの発散角を、平行光に対してわずかに拡散した発散角の状態（以下、この拡散した状態及び収束した状態のことを「有限系の状態」ともいう。）で対物レンズ３４に入射させる。このように構成することにより、コリメータレンズ４２は、第２又は第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２、第３の光ディスクの信号記録面に集光する際の球面収差を低減してより収差が発生しない３波長互換を実現する。この点については、図９及び図１０を用いて後述する。ここでは、第２の光源部３２とコリメータレンズ４２との配置関係、及び／又は、第３の光源部３３とコリメータレンズ４２との配置関係により、この所定の発散角の状態で対物レンズ３４に入射させることを実現できる。その他の構成としては、例えば、複数の出射部を共通の光源部に配置した場合には、第２及び／又は第３の波長の光ビームの発散角のみを変換する素子を設けることで実現してもよい。さらに、コリメータレンズ４２を駆動する手段を設けること等により所定の発散角の状態で対物レンズ３４に入射させることを実現してもよい。また、状況に応じて、第２及び第３の波長の光ビームのうちいずれかを有限系の状態で対物レンズ３４に入射させるように構成して、さらに収差を低減するようにしてもよい。また、第２及び第３の波長の光ビームを有限系で且つ拡散状態で入射させることにより、戻り倍率を調整することを実現することもできる。そして、かかる場合は、戻り倍率の調整によりフォーカス引き込み範囲等をフォーマットに適合させた所望の状態として、さらに良好な光学系の互換性を達成するという効果も有している。
【００６２】
マルチレンズ４６は、例えば、波長選択性のマルチレンズである。マルチレンズ４６には、各光ディスクの信号記録面で反射され、対物レンズ３４、コリメータレンズ４２等を経由して、第３のビームスプリッタ３８で反射されて往路の光ビームより分離された戻りの第１乃至第３の波長の光ビームが入射される。マルチレンズ４６は、かかる光ビームを光検出器４５のフォトディテクタ等の受光面に適切に集光する。このとき、マルチレンズ４６は、フォーカスエラー信号等の検出のための非点収差を戻りの光ビームに付与する。
【００６３】
光検出器４５は、マルチレンズ４６で集光された戻りの光ビームを受光して、情報信号とともに、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号等の各種検出信号を検出する。
【００６４】
以上のように構成された光ピックアップ３において、光検出器４５によって得られたフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ３４が駆動変位される。光ピックアップ３は、対物レンズ３４を駆動変位することで、光ディスク２の信号記録面に対して対物レンズ３４が合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク２の信号記録面に合焦されて、光ディスク２に対して情報の記録又は再生が行われる。
【００６５】
〔３．本発明を適用した対物レンズについて〕
次に、上述した光ピックアップ３に用いられる本発明を適用した対物レンズ３４と、この対物レンズ３４に設けられる回折部５０について詳細に説明する。
【００６６】
具体的に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、対物レンズ３４の入射側の面に設けられた回折部５０は、最内周部に設けられ略円形状の回折領域である第１の領域（以下、「内輪帯」、「第１の回折領域」ともいう。）５１を有する。また、回折部５０は、第１の領域５１の外側に設けられ輪帯状の回折領域である第２の回折（以下、「中輪帯」、「第２の回折領域」ともいう。）５２を有する。また、回折部５０は、第２の領域５２の外側に設けられ輪帯状の第３の領域（以下、「外輪帯」ともいう。）５３を有する。
【００６７】
内輪帯である第１の領域５１は、輪帯状で且つ所定の深さを有する第１の回折構造が形成される。第１の領域５１は、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第１の領域５１は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００６８】
また、第１の領域５１は、第１の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第１の領域５１は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００６９】
また、第１の領域５１は、第１の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第１の領域５１は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【００７０】
このように、第１の領域５１は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されている。このため、第１の領域５１を通過して所定の次数の回折光とされた各波長の光ビームが対物レンズ３４によりそれぞれの光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。尚、この第１の領域５１及び後述で詳細に説明する第２及び第３の領域５２，７３において、各波長の光ビームに対して支配的となるように選択される所定の次数の回折光には、透過光、すなわち、０次光が含まれるものとして、上述及び後述する。
【００７１】
具体的には、第１の領域５１は、図５及び図８（ａ）に示すように、光軸を中心とした輪帯状の回折構造が基準面に対して設けられる構成とされている。すなわち、基準面に対してこの輪帯の断面形状が、所定の深さ（以下、「溝深さ」ともいう。）ｄで所定のステップ数Ｓ（Ｓは、正の整数とする。）の階段形状（以下、「マルチステップの階段形状」ともいう。）が半径方向に連続して形成されている。ここで、上述の回折構造における輪帯の断面形状とは、輪帯の半径方向を含む面、すなわち、輪帯の接線方向に直交する面における断面形状を意味する。
【００７２】
また、この基準面は、対物レンズ３４の屈折素子の機能として要求される入射側の面の面形状を意味するものとする。そして、この第１の領域５１には、実際には図４（ａ）に示すように、対物レンズ３４の屈折素子の機能として要求される入射側の面の面形状を基準面として、回折構造が以下のように形成されている。すなわち、第１の領域５１には、この基準面に対して、図８（ａ）に示すような回折機能を有する回折構造となる輪帯状で階段形状の面形状を合わせたような面形状が形成されている。しかしこの図８（ａ）〜図８（ｃ）では、説明のためその基準面に対する回折構造の形状のみを示すとともに、以下の説明においても基準面に対する形状について説明するものとする。尚、回折部５０を対物レンズと別体の光学素子（後述の回折光学素子３５Ｂ）に設けた場合には、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す形状が、当該回折光学素子３５Ｂの断面形状となる。また、この図４等で示した回折構造は、実際には後述のように微小な寸法で形成されており、図８等は拡大断面を示すものである。
【００７３】
また、ここで、所定のステップ数Ｓの階段形状を有する回折構造とは、各段の深さが略同一深さとされた第１乃至第Ｓの段部を有する階段部が半径方向に連続して形成されている構造である。さらに、換言すると光軸方向に略同一間隔に形成された第１乃至第（Ｓ＋１）の回折面を有して形成されている構造である。また、回折構造における所定の深さｄは、階段形状の最も表面側（最高段、浅い位置）に位置される第（Ｓ＋１）の回折面と、階段形状の最も素子側（最低段、深い位置）に位置される第１の回折面との光軸方向の長さを意味する。尚、図８（ａ）において、階段形状の各階段部内において段部が半径方向の内側に向けて形成、すなわち、段部が半径方向の内側に向かうにつれて表面側に向けて形成されるように構成した。この理由は、内輪帯において後述するような回折次数が最大回折効率次数として選択されているからである。また、図８（ｂ）及び図８（ｃ）においては、内輪帯と同様に、鋸歯形状の凹凸の斜面又は階段形状の段部の形成方向が半径方向の内側に向かうにつれて表面側に向けて形成されるような例について図示しているが、これに限られるものではない。すなわち、選択される回折次数に応じてブレーズ形状又は階段形状の形成方向が設定されることとなる。図８（ａ）〜図８（ｃ）中ＲＯは、輪帯の半径方向外側に向けた方向を示し、すなわち、光軸から離間する方向を示すものである。
【００７４】
このように、第１の領域５１には、ステップ数Ｓとされた階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された階段形状の回折構造が基準面に対して形成されるが、かかる構成には以下のものが含まれるものとする。すなわち、階段構造には、基本となる１周期の構造における同一段差及び同一間隔に各段部が形成された構造に対して同一とされた段差や間隔の１／２程度の微少な段を付加的に設けたものも含まれるものとする。これは、基本となる段差や間隔の１／２程度の微少な段を付加したものが、全体の特性に大きな影響を与えずに所定の回折次数の回折効率の特性を多少変動させることができるからである。換言すると、後述のように規定されるステップ数Ｓや溝深さｄは、それ自体を規定することで回折部や対物レンズの機能を発揮できるものであり、それに対してさらに上述のような微少な段を付加したものも同様な機能を発揮できるからである。そして、ステップ数Ｓは、一周期の階段構造における段数であり、段差が階段構造における一段の平均高さの１／２以下となる場合はステップとして数えないものである。また、ステップ数Ｓは、Ｓ＝０で平坦を表すように定義している。また、溝深さｄは、一周期内の最深及び最浅間の差であり、すなわち、一周期の階段構造における光軸方向に最も離間した面の間の光軸方向の距離である。尚、ここで説明した事項については、後述する第２の領域５２についても同様である。
【００７５】
尚、第１の領域５１に形成される第１の回折構造並びに後述の第２及び第３の回折構造において、溝深さｄ及びステップ数Ｓは、支配的となる回折次数、及び回折効率を考慮して決定されている。また、各段部の溝幅（階段形状の各段部の半径方向の寸法）は、図８（ａ）に示すように、一の階段部内において、等しく形成されている。それとともに、半径方向に連続して形成されている異なる階段部間において、光軸から離間するにつれてその値が小さくなるように形成されている。尚、ここでは上述のように構成するものとして説明したが、各段部の溝幅が、半径方向に連続して形成されている異なる階段部間において、光軸から離間するにつれてその値が大きくなるように形成される場合もある。この点については、図８（ｂ）及び図８（ｃ）についても同様である。尚、この溝幅は、光ディスクの信号記録面上で集光されるスポットが最適となるように、この溝幅で形成された回折領域で与える位相差に基づいて決定されている。
【００７６】
例えば、第１の領域５１の回折構造は、図８（ａ）に示すように、ステップ数が４（Ｓ＝４）とされた回折構造である。すなわち、各段の深さが略同一深さ（ｄ／４）とされた第１乃至第４の段部５１ｓ１，５１ｓ２，５１ｓ３，５１ｓ４を有する階段部が半径方向に連続して形成されている。また、光軸方向に間隔が（ｄ／５）で略同一間隔に形成された第１乃至第５の回折面５１ｆ１，５１ｆ２，５１ｆ３，５１ｆ４，５１ｆ５を有して形成されている。
【００７７】
また、第１の領域５１は、通過する第１の波長の光ビームの次数ｋ１ｉの回折光が支配的となるよう、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。また、第１の領域５１は、通過する第２の波長の光ビームの次数ｋ２ｉの回折光が支配的となるよう、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。また、第１の領域５１は、通過する第３の波長の光ビームの次数ｋ３ｉの回折光が支配的となるように発生させるとする。この場合に、第１の領域５１は、ｋ１ｉ≧ｋ２ｉ＞ｋ３ｉの関係を有するように構成されている。
【００７８】
このように、第１の領域５１は、ｋ１ｉ≧ｋ２ｉ＞ｋ３ｉの関係を有するように回折光を発生させる構成により、適切に球面収差を低減できる次数の回折光を支配的にするとともに、作動距離と焦点距離との関係を最適な状態にすることができる。そして、かかる構成は、第３の波長λ３を用いる場合の作動距離を確保することにより第１の波長λ１に対する焦点距離が長くなり、これにより対物レンズのレンズ径や光ピックアップ全体として大型化してしまう等の問題を防止する。それとともに、回折効率を確保しつつ収差を低減させることができる。
【００７９】
ここで、第１の領域５１において、ｋ１ｉ≧ｋ２ｉ＞ｋ３ｉの関係を有するように構成する理由を含めた最適な回折次数を選択する手法について以下の第１乃至第４の観点から説明する。換言すると、第１の領域５１は、第１の観点として、各波長における球面収差を低減する必要があり、第２の観点として、各波長における作動距離及び焦点距離を最適なものにする必要がある。また、第３及び第４の観点として、製造上有利及び製造可能な構成とする必要があり、これらのことに鑑みて回折次数ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉが最大の回折効率となる回折次数として選択されている。この点について以下に説明する。
【００８０】
まず、第１の観点について説明する。第１の観点としては、内輪帯である第１の領域５１における回折次数は、対物レンズ３４による集光時に、対応する各光ディスクの球面収差を補正できる次数とする必要がある。一般的に、第１の領域５１のような機能を有する領域において、材料分散を無視した場合、以下の条件式（１）を満たすことが各波長の各光ディスクの信号記録面上の球面収差を補正して低減できる条件であることが知られている。この式（１）において、内輪帯においてこの条件式中のｋ１ｘ，ｋ２ｘ，ｋ３ｘのｘは、ｘ＝ｉとする。また、第１の波長をλ１（ｎｍ）とし、第２の波長をλ２（ｎｍ）とし、第３の波長をλ３（ｎｍ）とした。また、第１の波長の光ビームの選択される回折次数をｋ１ｉとし、第２の波長の光ビームの選択される回折次数をｋ２ｉとし、第３の波長の光ビームの選択される回折次数をｋ３ｉとした。また、第１の光ディスクの第１の保護層の厚さをｔ１（ｍｍ）とし、第２の光ディスクの第２の保護層の厚さをｔ２（ｍｍ）とし、第３の光ディスクの第３の保護層の厚さをｔ３（ｍｍ）とした。
（λ１×ｋ１ｘ−λ２×ｋ２ｘ）／（ｔ１−ｔ２）≒（λ１×ｋ１ｘ−λ３×ｋ３ｘ）／（ｔ１−ｔ３）  ・・・（１）
【００８１】
ここで、内輪帯としての第１の領域５１においては、λ１＝４０５（ｎｍ）、λ２＝６５５（ｎｍ）、λ３＝７８５（ｎｍ）、ｔ１＝０．１（ｍｍ）、ｔ２＝０．６（ｍｍ）、ｔ３＝１．１（ｍｍ）としたとする。この場合、例えば、後述のように最適な組み合わせの一例としてのｋ１ｉ＝＋１、ｋ２ｉ＝−１、ｋ３ｉ＝−２の場合には、この条件式を満足することとなり、球面収差を低減できることが確認できた。また、このことを図９を用いて、換言する。図９では、横軸に波長×回折次数（ｎｍ）により算出される値を、縦軸に保護層厚さ（ｍｍ）を設定して各点Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３をプロットした。この際に、一直線上に位置した場合に、各波長の各光ディスクの信号記録面上の球面収差を補正して低減できることを意味する。実際に、下記の条件で各点Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３をプロットした場合にはおよそ一直線の設計直線上に各点が位置し、球面収差が補正可能であることを示している。そして、具体的に対物レンズ３４は、図９に示す直線ＬＩ１を設計直線として、構成材料や入射側及び出射側の面形状が決定されている。この設計直線の傾きは、例えば、（ｔ１−ｔ２）／（λ１×ｋ１ｉ−λ２×ｋ２ｉ）により算出されるＰλ１とＰλ２とを結ぶ直線の傾きに略近似されるか、以下のように決められる。すなわち、（ｔ１−ｔ３）／（λ１×ｋ１ｉ−λ３×ｋ３ｉ）により算出されるＰλ１とＰλ３とを結ぶ直線の傾きに略近似され、又はこれらの直線の傾きやその他の設計条件を考慮して決定されている。
【００８２】
尚、図９でＰλ３が僅かに直線ＬＩ１上から乖離しているが、これは回折部５０が設けられた対物レンズ３４への入射光を発散光として入射させることで球面収差を確実に補正することができる。すなわち、対物レンズ３４に対して発散光を入射させることで見かけ上の保護層厚さが厚くなるのと同様な結果を得ることができるからである。尚、後述のように回折部５０を対物レンズとは別体の光学素子（回折光学素子３５Ｂ、図６参照）に設ける場合には、以下のように構成される。すなわち、対物レンズ３４Ｂ及び回折光学素子３５Ｂのうち各出射部に近接される側の光学素子として例えば図６では回折光学素子３５Ｂへの入射光を発散光として入射させることで球面収差を確実に補正することができる。
【００８３】
この点について、この補正の概念を示す図１０を用いて説明する。具体的には、対物レンズ３４に、第２及び第３の波長λ２，λ３の光ビームを僅かな発散光として入射させることによって、図１０に示すようになる。すなわち、第２及び第３の波長を示すプロットＰλ２’，Ｐλ３’は、見かけ上の保護層厚さによって、プロットＰλ２，Ｐλ３に対して上方側へシフトすることとなる。そして、図１０に示したように、発散光の倍率を適宜調整することによって、この３点Ｐλ１、Ｐλ２’、Ｐλ３’を直線ＬＩ１’上に完全に一直線上に位置させる。これにより、保護層厚さの違い等に起因する球面収差を十分に補正することができる。この際、プロットＰλ１，Ｐλ２’，Ｐλ３’が位置する直線ＬＩ１’が設計直線とされることとなる。
【００８４】
尚、ここで、例えば第３の波長λ３の光ビームだけ収束光を入射させて下方側にシフトさせて各プロットを一直線上に位置させて球面収差を補正することも可能である。しかし収束光を用いる場合には、作動距離が短くなり望ましくない場合があり、上述のように発散光を用いる方が望ましい。さらに、３波長互換を考慮したとき、第２及び第３の波長において発散光を対物レンズに入射させた方が、適切な戻り倍率を確保できるという観点からも有利であるといえる。
【００８５】
また、上述の関係式と密接に関係する図９のプロットＰλ１，Ｐλ２，Ｐλ３を考慮すると、各次数ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉの間には、各次数の絶対値が３次程度の範囲にあるとすれば、次の式（２Ａ）又は式（２Ｂ）の関係式を満足させる必要がある。
ｋ１ｉ≦ｋ２ｉ≦ｋ３ｉ  ・・・（２Ａ）
ｋ１ｉ≧ｋ２ｉ≧ｋ３ｉ  ・・・（２Ｂ）
【００８６】
次に、第２の観点について説明する。第２の観点としては、第３の波長λ３を用いる場合の作動距離ＷＤ３を大きく保ちつつも、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１を小さくできる次数とする必要がある。一般的に、作動距離は、焦点距離ｆを伸ばすことによって伸びる。そして、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１は、小さくする必要があり、第３の波長λ３に対する焦点距離ｆ３は、大きくする必要がある。ここで、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１は、２．２ｍｍ以下であることが望ましい。また、第３の波長λ３を用いる場合の作動距離（ワーキングディスタンス）は、０．４ｍｍ程度以上を確保する必要性がある。そのためには、ｆ１＝２．２ｍｍと仮定するとともに、対物レンズ３４への入射を無限入射、すなわち平行光入射と仮定した場合に、ｆ３は、２．５ｍｍ程度以上とする必要がある。上述のような３波長λ１，λ２，λ３に対応するプラスチック製の対物レンズの材料は、分散が大きいものであるが、ここでは、これを無視して、概略の値を近軸領域にて計算するものとする。
【００８７】
対物レンズ３４は、レンズ曲面による屈折力と、一方の面に設けられた回折部５０による回折力を有している。この対物レンズ３４の回折部５０の回折による焦点距離ｆｄｉｆは、以下の式（３）に従い算出できることが知られている。式（３）中において、λ０は、製造波長であり、ここではλ０＝λ１とする。また、Ｃ１は、位相差関数係数と呼ばれる値であり、回折構造（回折格子）によって与えられる位相差形状を規定する係数であり、λ０の値により異なる値である。また、式（３）中ｋは、各波長λ１，λ２，λ３において選択される回折次数を示すものであり、具体的には、ｋ１，ｋ２，ｋ３である。
【００８８】
【数１】
2010198717.tif 000003
【００８９】
式（３）において、係数Ｃ１は、λ０＝λ１としたとき絶対値が１×１０−２より小さくなければ、ピッチ量が増大してしまい形成不可能となる。また、対物レンズの屈折及び回折全体の焦点距離ｆａｌｌは、レンズ曲面の屈折力による焦点距離をｆｒとしたとき、上述の回折による焦点距離ｆｄｉｆとこのｆｒを用いて、式（４）の関係により算出される。
【００９０】
【数２】
2010198717.tif 000004
【００９１】
このような式（３）及び式（４）に基づいて、ｋ１及びｋ３を変化させたときの、焦点距離ｆ３の値の変化を図１１に示す。図１１中横軸は、次数ｋ３を示し、縦軸は、第３の波長λ３に対する焦点距離ｆ３を示す。曲線ＬＭ３，ＬＭ２，ＬＭ１，ＬＰ０，ＬＰ１，ＬＰ２，ＬＰ３は、それぞれ次数ｋ１ｉが−３次、−２次、−１次、０次、１次、２次、３次であった場合のｋ３ｉの変化に伴う焦点距離ｆ３の変化をプロットしたものを結んだ曲線を示すものである。尚、図１１は、係数Ｃ１が最大の１×１０−２であるものとし、また、第１の波長λ１の式（４）により算出される全体の焦点距離ｆａｌｌを示すｆａｌｌ１が、ｆａｌｌ１＝２．２（ｍｍ）であるものとして算出されたものである。そして、上述で説明した事項における回折次数であるが、実際には内輪帯の部分にしか幾何光学を適用できず、また、焦点距離等の特性は内輪帯の部分で決まる。このため、上述したｋ１〜ｋ３は、ｋ１ｉ〜ｋ３ｉと対応しており、換言すると、上述したｋ１〜ｋ３の関係は、それぞれｋ１ｉ〜ｋ３ｉに置き換えた関係を有していることとなる。そして、図１１より、ｆ３を２．５ｍｍ以上とするためには、次式（５Ａ）の関係が成立することとなる。よって、上述した式（２Ｂ）の関係から、次式（５Ｂ）の関係を有することが、適切な焦点距離と作動距離を確保する上で必要となる。
ｋ１ｉ＞ｋ３ｉ  ・・・（５Ａ）
ｋ１ｉ≧ｋ２ｉ＞ｋ３ｉ  ・・・（５Ｂ）
【００９２】
さらに、この式（５Ｂ）と後述で用いる回折次数は３次程度以下であるという観点から、ｋ１ｉ，ｋ３ｉがそれぞれ、次の組み合わせが上述の観点から適した組み合わせであるといえる。（ｋ１ｉ，ｋ３ｉ）＝（−２，−３）、（−１，−２）、（−１，−３）、（０，−２）、（０，−３）、（１，−２）、（１，−３）、（２，−１）、（２，−２）、（２，−３）、（３，０）、（３，−１）、（３，−２）、（３，−３）。この際，ｋ２ｉは、式（５Ｂ）を満足するように決定されたものが用いられる。尚、厳密には、ｆ１の値と材料分散とによって、図１１の関係が変化し、さらにｆ１を低下させたり対物レンズへの入射倍率を発散光にしたりすることにより、ｆ３の目標値が低下するものの、回折次数の選択肢は、上述したものが適している。
【００９３】
次に、第３の観点について説明する。第３の観点としては、製造上有利な構成とする必要がある。選択される回折次数があまりに大きい場合には、形成する回折構造の溝深さ、段差が深くなってしまう。そして、回折構造の深さが深くなると形成精度が悪化するおそれがあるほか、温度変化による光路長増大効果が大きくなり、温度回折効率特性が劣化してしまうという問題が発生するおそれがある。また、形成精度の悪化は、回折効率の効率低下を招くという問題もある。このような理由から、３〜４次程度までの回折次数を選択するのが妥当であり、一般的である。よって、上述した第２の観点では、回折次数を３次までとして検討している。
【００９４】
次に、第４の観点について説明する。第４の観点としては、第３の観点と似ているが製造可能な構成とする必要がある。後述する「回折構造の深さ及び形状と回折効率の計算」で説明する回折効率計算を行ったときに、深さｄが適切な大きさ以下であり形成可能である必要がある。そして、深さｄは、少なくとも１０μｍ以下であることが必要である。
【００９５】
以上のような第１乃至第４の観点から、内輪帯である第１の領域５１は、以下の組み合わせ（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）の各回折光を発生させるのが最適である。すなわち、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−１，−２）、（１，−２，−３）、（０，−１，−２）（０，−２，−３）又は（２，−１，−２）である場合が最適である。ここで、以上のように回折次数ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉを選択したときの、回折効率等を考慮したときに選ばれるステップ数Ｓ及び溝深さｄを内輪帯構成例１〜５としてそれぞれ表１のＩ１〜Ｉ５に示す。また、表１には、併せて上述した図９を用いて説明したプロットＰλ１、Ｐλ２、Ｐλ３及び設計直線Ｌの関係における、以下で説明する第３の波長を示すプロットＰλ３の設計直線Ｌからの乖離量Δを表１に示す。すなわち、この乖離量Δについて説明するため、後述の図２３に示すように、上述したプロットＰλ１及びＰλ２を結ぶ直線（以下、「球面収差補正直線」ともいう。）を設定したとする。この場合、乖離量Δは、プロットＰλ３からその球面収差補正直線に向けた縦軸方向（保護層厚さを示す方向）への乖離された距離を示すものである。ここで、乖離量Δ＝０である場合には、各点Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３が完全に一直線上にあることを示す。また、乖離量Δが正である場合には、プロットＰλ３が球面収差補正直線より下側に位置することを示し、乖離量Δが負である場合には、プロットＰλ３が球面収差補正直線より上側に位置することを示す。尚、ここでは、内輪帯構成例１を示す図９においては、内輪帯の性質上この乖離量Δを図示することが困難であることから、中輪帯参考例として後述する図２３を用いて、この乖離量Δについて説明をした。この乖離量Δの定義については内輪帯においても中輪帯においても同様であるものとする。表１に示すように、いずれの構成例も回折効率が十分に確保されており、また、乖離量Δも十分に小さいことから球面収差補正を考慮しても良好な回折次数であることが確認できる。
【００９６】
【表１】
2010198717.tif 000005
【００９７】
次に、第１の領域５１等における「回折構造の深さ及び形状と回折効率の計算」について具体的な構成例を挙げて説明する。ここでは、上述の各次数の回折光を最大の回折光とするような回折面の設計例を、内輪帯構成例１として、図１２を用いて示すものである。尚、選択した回折次数の回折量（回折効率）は、図１２に示すように溝深さによって変動するので、適切な溝深さを設定すれば、各波長における選択された回折次数の回折効率を所望の程度まで大きくすることができる。
【００９８】
具体的に、図１２は、回折構造をステップ数Ｓ＝４の階段形状として、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，−１，−２）としたときの、溝深さｄに対する回折効率の変化を示すものである。そして、図１２（ａ）は、第１の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示す図である。図１２（ｂ）は、第２の波長の光ビームの−１次回折光の回折効率の変化を示すとともに、後述のように不要光となる−２次回折光の回折効率の変化を示す図である。図１２（ｃ）は、第３の波長の光ビームの−２次回折光の回折効率の変化を示すとともに、後述のように不要光となる＋３次回折光の回折効率の変化を示す図である。図１２（ａ）〜図１２（ｃ）中において横軸は、溝深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は、回折効率（光の強度）を示す図である。そして、ｋ１ｉの回折効率をｅｆｆ１とし、ｋ２ｉの回折効率をｅｆｆ２とし、ｋ３ｉの回折効率をｅｆｆ３としたときに、横軸に示す溝深さｄ＝３８００（ｎｍ）の位置で十分な回折効率を有している。具体的に、図１２（ａ）に示すように、ｅｆｆ１＝０．８１、図１２（ｂ）に示すように、ｅｆｆ２＝０．６２で、図１２（ｃ）に示すように、ｅｆｆ３＝０．５７であり、十分な回折効率を有するものとなっている。図１２に示すように、回折効率と溝深さとの関係は、ステップ数によっても変動するので、適切なステップ数を選択する必要性があるが、ここでは、上述のようにステップ数Ｓ＝４とした。なお、ここでステップとして微少な段を付加的に設けることで、全体の特性に悪影響を与えず、多少特性を変動させることができる。すなわち、所定の深さで所定のステップ数Ｓで構成される回折構造に各波長の光ビームの選択された回折次数の回折効率が良好となるように微少な段を付加的に設ける構成としてもよい。ここで、目安として１ステップとしての平均段差の１／２を超えると全体の特性に影響を与えることとなってしまう。
【００９９】
また、図１２では、温度や波長が変動した際の効率変動を抑える構成とされている。回折構造は比較的環境変動に依存しやすく、温度や波長の変化が生じると図１２の回折効率曲線が一様にシフトすることが知られている。このため深さ変動による効率変動量Δｅｆｆ／Δｄが小さければ小さいほど、環境変動に強いレンズとすることができる。すなわち図１２で示した深さにおける、回折効率の傾きが緩いほど環境変動に強く、上述の深さ・ステップ設計においてもこのことが考慮されている。また内輪帯の効率変動量と中輪帯の効率変動量を逆極性とすることによって、全体として効率変動を抑える工夫なども行える。受光システムの観点から、レンズ全体として実使用環境化において２０％以下の効率変動が望ましい。
【０１００】
第１の領域５１では、内輪帯領域をステップ構造（階段形状の回折構造）としているため、この回折領域において発生する不要光の回折効率を、正規光の回折効率ｅｆｆ１，ｅｆｆ２，ｅｆｆ３より乖離させるのに適した構成である。ここで、正規光とは、上述のように選択した回折次数ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉの回折光を意味するもの、すなわち、回折効率が最大となる回折次数の回折光を意味するものとする。また、不要光とは、回折効率が２番目に大きくなる回折次数の回折光を意味するものとする。尚、図１２並びに後述の図１３中において、ＬＭは、回折効率が最大となる回折次数の回折光の回折効率の変化を示し、ＬＦは、ここで説明した不要光となる回折次数の回折光の回折効率の変化を示す。
【０１０１】
この第１の領域５１において、階段形状の回折構造を形成することにより、不要光の影響を低減できることについて説明する。この図１２と比較するために、参考例として図１３に、この内輪帯をブレーズ形状として形成した場合の回折効率を示す。図１３は、回折構造をステップ数Ｓ＝∞のブレーズ形状として、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（＋１，＋１，＋１）としたときの、溝深さｄに対する回折効率の変化を示すものである。そして、図１３（ａ）は、第１の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示す図である。図１３（ｂ）は、第２の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示すとともに、不要光となる０次光の回折効率の変化を示す図である。図１３（ｃ）は、第３の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示すとともに、不要光となる０次光の回折効率の変化を示す図である。図１３（ａ）〜図１３（ｃ）中において横軸は、溝深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は、回折効率（光の強度）を示す図である。図１３に示すようにこの場合には、第２及び第３の波長の場合に０次光が不要光として効率を有することになってしまう。そして、０次光と１次光のような隣接回折次数の各光ビームは、回折角度に違いが少ない。このため、選択された回折次数ｋ２ｉ，ｋ３ｉのいずれかの光ビームである正規光を対応する光ディスクにフォーカス状態となるように集光させると、不要光もぼやけた状態で集光することとなる。そして、この不要光も光ディスクで反射されて、不要光の反射光が受光部に照射されてしまい、受光部で得られる信号に悪影響を及ぼし、ジッター等が悪化するおそれがある。さらに、この不要光は、デフォーカスが発生した場合にその影響が大きくなるという問題も招来するおそれがある。上述した図１２に示すように、階段形状の回折構造を形成することにより、図１３に示す場合に比べて不要光の回折効率を低くすることができる。
【０１０２】
すなわち、第１の領域５１のような内輪帯の部分を階段形状のようにステップ化した場合には、不要光の回折光量を抑えるような構成とすることができる。階段形状の回折構造は、不要光の効率が低くなる溝深さを選択することができるとともに、不要光効率が高い効率となったとしても、正規光となる次数と、不要光となる次数が大きく異なるため、フォーカス時に不要光が集光することを防止することができる。具体的に、図１２（ｂ）に示すように、第２の波長における不要光効率が５％程度で寄与しない程度まで抑えることができる。また、図１２（ｃ）に示すように、第３の波長における正規光が−２次光であるのに対して、不要光は＋３次光となっており、この−２次光と、＋３次光とは回折角度が大きく異なる。このため、正規光がフォーカスしている場合にも不要光が大きくデフォーカスすることとなり、受光部に不要光が入射することによる悪影響はない。換言すると、階段形状のような所謂ステップ構造は、ブレーズ形状等に比べて正規光の回折効率を隣接次数の回折光の回折効率から乖離させるのに適した構成といえるからである。
【０１０３】
次に、第１の領域５１等における「ピッチ設計」について説明する。回折構造のピッチ設計において、所定の回折構造を有する回折部（回折面）により与えたい位相をφとすると、その位相は、位相差関数係数Ｃｎを用いて、次式（６）のように表すことができる。尚、式（６）中ｋは、各波長λ１，λ２，λ３において選択される回折次数を示すものであり、具体的には、ｋ１，ｋ２，ｋ３を示し、ｒは、半径方向の位置を示し、λ０は、設計波長を示すものである。尚、ピッチ設計に用いるλ０における場合には、ｋ＝１として計算が行われるものとする。
【０１０４】
【数３】
2010198717.tif 000006
【０１０５】
この式（６）中のφの値は、レンズ設計時に一意に求めることができるものである。その一方で、φは、設計波長λ０における位相を表しているので、φ’＝φ−ｎの関係式により得られるφ’と、このφの与える位相とはその与える影響が全く同一である。ここで、ｎは整数である。上述の関係式により得られるφ’は、換言すると、図１４（ｂ）に示すように、例えば図１４（ａ）に示すようなφをλ０により剰算した場合の余り、すなわち所謂剰余演算により得られる値である。このφ’は、実際の回折構造のピッチを決めるための付与すべき位相量ともいえる。実際の回折構造ピッチは、このφ’から決定されるものであり、具体的には、図１４（ｃ）に示すように、このφ’の形状に沿うように決定されることとなる。尚、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）中の横軸は、半径方向の位置を示すものである。図１４（ａ）中の縦軸は、その位置毎の必要位相量φを示すものである。図１４（ｂ）中の縦軸は、その位置毎に剰余演算により得られる付与位相量φ’を示すものである。図１４（ｃ）中の縦軸は、溝深さｄを示すものである。ここで、図１４（ｃ）では、ピッチを決定した後に、ブレーズ形状を示しているが、上述で説明した第１の領域５１等のように、階段形状を採用する場合には、図１４（ｃ）に示すブレーズの斜面の部分が所定のステップ数Ｓの階段形状が形成されることとなる。
【０１０６】
尚、上述では、第１の領域５１に設けられる回折構造は、その半径方向と光軸方向を含む断面形状が、図８（ａ）に示すように設けられているものとして説明した。すなわち、一の階段部内において略等間隔に設定された所定の高さと所定の幅で形成された複数の階段形状の回折構造が設けられているものとして説明したが、これに限られるものではない。すなわち、図１４（ｂ）に示すような目標となる獲得目標位相に基づき、基準となる階段形状に対して高さ及び／又は幅を微小調整したような非周期的な段形状を形成してもよい。さらに、所定の波長の光ビームに対して所定の位相差を付与することができるように位相設計により決定された形状に形成されるように構成してもよい。すなわち、断面形状が基準となる平面を示す水平線に対して平行な直線と、垂直線とからのみ形成されるものではなく、この直線に対して傾斜した直線（傾斜面）や、曲線（曲面）等を有した非周期的な形状となるように形成されるように構成してもよい。この点については、後述する第２の領域５２も同様である。
【０１０７】
また、表１の「Ｉ２」に示す内輪帯構成例２についても同様に、ｄ＝５．４（μｍ）、Ｓ＝６としたときに、表１及び図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に示すように、各次数ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ及び各回折効率ｅｆｆ１，ｅｆｆ２，ｅｆｆ３が得られる。また、表１の「Ｉ３」に示す内輪帯構成例３についても同様に、ｄ＝７．０（μｍ）、Ｓ＝３としたときに、表１及び図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に示すように、各次数ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ及び各回折効率ｅｆｆ１，ｅｆｆ２，ｅｆｆ３が得られる。また、表１の「Ｉ４」に示す内輪帯構成例４についても同様に、ｄ＝４．０（μｍ）、Ｓ＝５としたときに、表１及び図１７（ａ）〜図１７（ｃ）に示すように、各次数ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ及び各回折効率ｅｆｆ１，ｅｆｆ２，ｅｆｆ３が得られる。また、表１の「Ｉ５」に示す内輪帯構成例５についても同様に、ｄ＝５．１（μｍ）、Ｓ＝５としたときに、表１及び図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示すように、各次数ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ及び各回折効率ｅｆｆ１，ｅｆｆ２，ｅｆｆ３が得られる。
【０１０８】
そして、かかる内輪帯構成例２〜５についても、上述の内輪帯構成例１と同様に、第１の観点で説明した条件式を満足することとなり、球面収差を低減できるものである。この点について内輪帯構成例１を示す図９と同様の、横軸に波長×回折次数（ｎｍ）により算出される値を、縦軸に保護層厚さ（ｍｍ）を設定して各点Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３をプロットした図をそれぞれ図１９〜図２２に示す。すなわち、図１９に示すように内輪帯構成例２では、各プロットＰλ１、Ｐλ２、Ｐλ３が一直線の設計直線ＬＩ２上に略位置し、球面収差が補正可能であることが示されている。同様に、図２０に示す内輪帯構成例３、図２１に示す内輪帯構成例４、図２２に示す内輪帯構成例５においても、各プロットが一直線の設計直線ＬＩ３，ＬＩ４，ＬＩ５上に略位置し、球面収差が補正可能であることが示されている。
【０１０９】
ここで、上述した第１の領域５１等に形成される溝深さと対物レンズ３４や回折部５０の構成材料の屈折率との関係について説明する。尚、ここでは、第１の領域５１について説明するが、後述のような第２の領域５２や第３の領域７３についても同様のことがいえる。第１の領域５１等に形成される回折構造の溝深さｄは、ある程度屈折率に依存する値となる。回折構造によって生じる回折効率は、次式（７）のときに最大となることが知られている。ここで、式（７）中、ｎ０は、空気の屈折率であり、ｎ１は、回折部構成材料の屈折率であり、ｋは、回折次数であり、ｄは、回折構造の総深さである溝深さであり、ｓは、ステップ数であるものとする。
【０１１０】
【数４】
2010198717.tif 000007
【０１１１】
このため、構成材料の屈折率が変わるとそれに応じて回折構造の溝深さｄが変動する必要がある。上述の表１、図１２、図１５〜図１８や、後述の表４、図２５、図２７〜２９、図３５、図３７は、ｎ１＝１．５２であると想定して溝深さを決定していた。近年波長４０５ｎｍ程度の光ビームを考慮して用いられることとなった青色耐光性プラスチック材料は、１．４９＜ｎ１＜１．６である。ここで、青色耐光性プラスチック材料についての具体例を説明する。青色等の短波長光ビームに対するレンズ用樹脂としては、近年主に環状オレフィン樹脂（日本ゼオン製「ＺＥＯＮＥＸ」や三井化学製「ＡＰＥＬ」）が用いられている。例えばＺＥＯＮＥＸ３４０Ｒでは、λ＝４０５ｎｍに対してｎ＝１．５２程度であり、λ＝７８５ｎｍに対してｎ＝１．５０程度である。また、ＡＰＥＬ５０１４ＤＰでは、λ＝４６７ｎｍに対してｎ＝１．５４程度である。また、さらに屈折率の大きい材料としては、例えば特開２００８−１８９５号公報に波長５８８ｎｍに対して屈折率が１．５４や１．５９のものが記載されている。当該公報によれば、熱可塑性樹脂として三井化学製ＡＰＥＬ５０１４ＤＰ、帝人化成製パンライトＡＤ５５０３を用い、無機粒子としてシリカ（日本アエロジル社製：Ｒ９７６、一次粒子径７ｎｍ）を用い、これを混練して得たものである。また、ここで用いられる混練装置としてＨＡＡＫＥ社製：ポリラボミキサーシステムをそれぞれ適用している。また、当該熱可塑性樹脂３９ｇと当該無機粒子２１ｇ（３５重量％）とを、設定温度２００℃、ロータ回転数２５ｒｐｍ及び混練時間６〜５９分で混練し、作製することにより得られることが記載されている。そして、カルニュー光学工業（株）製の自動屈折計ＫＰＲ−２００を用いて５８８ｎｍの屈折率を測定したことが記載されている。これらの材料を考慮すると、現状では１．４９〜１．６が適正な範囲であるといえる。よって、上述のｎ１＝１．５２を想定して決定された溝深さをｄとし、青色耐光性プラスチック材料を考慮して溝深さを一般化してｄ’として表すと、次式（８Ａ）のようになる。これを変形すると次式（８Ｂ）が得られる。この式（８Ｂ）を用いて上述した表１のｄに対応する一般化溝深さｄ’の下限及び上限を表２に示す。よって、構成材料を変えた場合にも、表２のｄ’ｍｉｎに示される溝深さ下限と、ｄ’ｍａｘで示される溝深さ上限とで決定される範囲内で回折構造を形成すれば、上述の効果が得られることとなる。尚、屈折率が１．６以上のもので青色耐光性を有する材料のものを用いる場合にも、上述の式（７）から溝深さの下限及び上限を決定すれば本発明は適用可能である。
（１．５２−１）／（１．６−１）ｄ＜ｄ’＜（１．５２−１）／（１．４９−１）ｄ  ・・・（８Ａ）
０．８７ｄ＜ｄ’＜１．０６ｄ  ・・・（８Ｂ）
【０１１２】
【表２】
2010198717.tif 000008
【０１１３】
次に、焦点距離の取り得る範囲について説明する。上述の内輪帯についての説明で示したように、第１の波長に対する焦点距離ｆ１と、第３の波長を用いる場合の作動距離ＷＤ３との間には密接な関連性がある。上述の式（３）及び式（４）から、内輪帯における選択される回折次数を決定すると、第１の波長の焦点距離ｆａｌｌ１が変動することが容易に導かれる。式（３）及び式（４）では、レンズ肉厚が仮定されていないため、正確にはレンズ肉厚を考慮して近軸光学計算を行うことによってこの関連性が導かれる。この回折次数選択による、第３の波長の作動距離ＷＤと第１の波長の焦点距離の関連性を図２４及び表３に示す。図２４中横軸は、第１の波長に対する焦点距離を示し、縦軸は、第３の波長を用いる場合の作動距離（「Ｗ．Ｄ．」ともいう）を示す。ここで、レンズ軸上厚さは２．１ｍｍを用いたが、レンズコバ等を考慮したものであり、実際に設計を行った際にコバ厚が消滅しなかった限界のためである。材質としてはＺｅｏｎｅｘ３４０Ｒを仮定した。また、最良の球面収差が得られるよう、当該材質での球面Ｒ比を、（入射面球面Ｒ）／（射出面球面Ｒ）＝−０．５として固定している。図２４によって導かれる焦点距離値は、材料の屈折率によってはわずかしか変動せず、軸上厚限界にのみ規定される。第３の波長を用いる場合の作動距離ＷＤとしては、保護層厚さを１．１ｍｍで設計した場合に、０．４ｍｍ程度が物理限界であるため、図２４及び表３は、それを基に限界値が決定されている。尚、表３及び図２４中Ｌｋ１で示される次数組み合わせ（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−１，−２）のときは、ｆ１＝１．８２ｍｍが限界である。また、図２４中Ｌｋ２で示される次数組み合わせ（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−２，−３）のときは、ｆ１＝１．７２ｍｍが限界である。また、図２４中Ｌｋ３で示される次数組み合わせ（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０，−１，−２）において、ｆ１＝１．８６ｍｍが限界である。また、図２４中Ｌｋ４で示される次数組み合わせ（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０，−２，−３）のときは、ｆ１＝１．７６ｍｍが限界である。また、図２４中Ｌｋ５で示される次数組み合わせ（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（２，−１，−２）のときは、ｆ１＝１．７６ｍｍが限界である。
【０１１４】
【表３】
2010198717.tif 000009
【０１１５】
中輪帯である第２の領域５２は、輪帯状で且つ所定の深さを有し第１の回折構造とは異なる構造とされた第２の回折構造が形成される。第２の領域５２は、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第２の領域５２は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【０１１６】
また、第２の領域５２は、第２の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第２の領域５２は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。
【０１１７】
また、第２の領域５２は、第２の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第２の領域５２は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。この点について換言すると、第２の領域５２は、第２の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないような次数の回折光が支配的となるようにされている。ここで、第２の回折構造は、後述のフレア化の作用等を考慮した上で構成されている。尚、第２の領域５２は、第２の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。
【０１１８】
このように、第２の領域５２は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されている。そのため、第２の領域５２を通過して所定の次数の回折光とされた第１及び第２の波長の光ビームが対物レンズ３４によりそれぞれの光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。
【０１１９】
また、第２の領域５２は、第１及び第２の波長の光ビームに対しては上述のように機能する。それとともに、第２の領域５２は、第３の波長の光ビームについては、フレア化の影響等を考慮して、この第２の領域５２を通過して対物レンズ３４を介して第３の光ディスクの信号記録面に集光しない次数の回折光が支配的となるように構成されている。かかる構成とされているから、この第２の領域５２を通過した第３の波長の光ビームが対物レンズ３４に入射しても第３の光ディスクの信号記録面にはほとんど影響を与えることがない。換言すると、この第２の領域５２を通過して対物レンズ３４により信号記録面に集光される第３の波長の光ビームの光量を大幅に低減して略ゼロとして、第３の波長の光ビームに対して開口制限を行うよう機能することができる。
【０１２０】
ところで、上述した第１の領域５１は、その領域を通過した第３の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．４５程度で開口制限される光ビームと同様の状態で対物レンズ３４に入射するような大きさに形成されている。また、この第１の領域５１の外側に形成される第２の領域５２は、この領域を通過した第３の波長の光ビームを、対物レンズ３４を介して第３の光ディスク上に集光させない。そのため、かかる構成とされた第１及び第２の領域５１，５２を備える回折部５０は、第３の波長の光ビームに対して、ＮＡ＝０．４５程度に開口制限を行うように機能することとなる。ここでは、回折部５０において、第３の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．４５程度に開口制限を行うように構成したが、上述の構成により制限される開口数はこれに限られるものではない。
【０１２１】
具体的には、第２の領域５２は、図４及び図８（ｂ）に示すように、光軸を中心とした輪帯状で基準面に対してこの輪帯の断面形状が所定の深さ（以下、「溝深さ」ともいう。）ｄで所定のステップ数Ｓの階段形状が半径方向に連続して形成されている。尚、ここで、第２の領域５２は、第１の領域５１の場合と比べてｄ及び／又はＳの数値が異なっており、すなわち、第１の領域５１に設けられた第１の回折構造とは異なる第２の回折構造が形成されている。例えば、図８（ｂ）に示す第２の領域５２の回折構造は、ステップ数が２（Ｓ＝２）とされた回折構造であり、各段の深さが略同一深さ（ｄ／２）とされた第１乃至第２の段部５２ｓ１，５２ｓ２を有する階段部が半径方向に連続して形成されている。また、光軸方向に間隔が（ｄ／３）で同一間隔に形成された第１乃至第３の回折面５２ｆ１，５２ｆ２，５２ｆ３を有して形成されている。
【０１２２】
また、第２の領域５２は、通過する第１の波長の光ビームの次数ｋ１ｍの回折光が支配的となるよう、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。また、第２の領域５２は、通過する第２の波長の光ビームの次数ｋ２ｍの回折光が支配的となるよう、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。また、第２の領域５２は、通過する第３の波長の光ビームの次数ｋ３ｍの回折光が支配的、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。このような場合に、回折次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍが以下の第１乃至第６の観点から決定された関係となるように構成されている。
【０１２３】
まず、第１の観点について説明する。第１の観点としては、最大の回折効率となる回折次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍが、上述の式（１）の関係式（中輪帯においてこの条件式中のｋ１ｘ、ｋ２ｘ、ｋ３ｘのｘは、ｘ＝ｍとする）を満たさないことである。これは、中輪帯領域において、ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍが式（１）を満たす場合には、第３の波長の次数ｋ３ｍの回折光が第３の光ディスクの信号記録面に結像されてしまうからである。このような場合には、第３の波長に対する開口制限が実現できなくなってしまう。
【０１２４】
換言すると、第２の領域５２は、第１及び第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう対物レンズ３４を介して集光する第１及び第２の波長の光ビームの回折次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍの回折光の回折効率を高い状態で発生させるように構成してもよい。それとともに、第３の光ディスクの信号記録面に集光する第３の波長の光ビームの回折次数の回折効率を極力抑えて開口制限機能を有するように構成してもよい。ここで、この式（１）の関係を満たさないようにすることにより、この第３の波長の光ビームにおけるこの回折次数の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面に焦点を結像させた状態からずらすことができる。そして、実質的に第３の光ディスクの信号記録面に集光される光ビームの光量をさらに低減させるものである。以下では、この所定の波長の光ビームの対物レンズ３４を介して結像される位置を対応する光ディスクの信号記録面からずらして、実質的に信号記録面に集光されるこの波長の光ビームの光量を低減させることを、「フレア化」といい、詳細について以下に説明する。
【０１２５】
ここで、第２の領域５２において、フレア化させること、及びその構成について説明する。上述の第１の領域５１の説明において、上述の条件式（λ１×ｋ１ｘ−λ２×ｋ２ｘ）／（ｔ１−ｔ２）≒（λ１×ｋ１ｘ−λ３×ｋ３ｘ）／（ｔ１−ｔ３）を満たすことが要求されていることについて述べた。これと同様に、この条件式（中輪帯においてこの条件式中のｋ１ｘ，ｋ２ｘ，ｋ３ｘのｘは、ｘ＝ｍとする）は、第２の領域５２においても考慮されるものである。そして、この中輪帯としての第２の領域５２においては、次の機能を考慮すると、プロットされるＰλ１とＰλ２とを設計直線上に位置させれば良い。その機能とは、上述のような第１及び第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう対物レンズ３４を介して集光する第１及び第２の波長の光ビームの回折次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍの回折光を回折効率を高い状態で発生させるという機能である。ここで、第２の領域５２は、さらに、第３の波長についてフレア化させるために、Ｐλ３について、故意にこの設計直線上から乖離させるような設計直線を選択するようにすればよい。すなわち、Ｐλ３について設計直線から乖離させたような設計直線に基づき形成された対物レンズ３４を構成することにより、以下の効果が得られる。すなわちかかる構成により、第３の波長の光ビームの当該回折次数の回折光を第３の光ディスクの信号記録面に焦点を結像させた状態からずらすことができ、実質的に第３の光ディスクの信号記録面に集光される第３の波長の光ビームの光量を低減させることができる。これにより、上述のような第３の波長の光ビームに対する開口制限を確実且つ良好に行うことを可能とする。具体的には、参考例として図２３に示すような（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ）＝（＋３，＋２，＋２）とした場合には、Ｐλ３が設計直線ＬＭＳから乖離されることとなる。そして、当初から期待されていた第２の領域５２に形成された回折構造により第３の波長の当該次数の回折光の回折効率を低減させる効果に加え、このフレア化の効果をさらに得る。よって、これらの構成からさらに一層第３の光ディスクに入射してしまう第３の波長の光ビームの光量を抑えることを可能とする。
【０１２６】
そして、この第１の観点において、第３の波長に関しては、最大の回折効率を有する回折次数ｋ３ｍのみでなく、所定の回折効率を有する全ての回折次数において、この関係を満たさないように構成する必要がある。すなわち、全ての回折次数において、これをｋ３ｍに換えて上述の関係式を上述のｋ１ｍ、ｋ２ｍとともに満たさないように構成する必要がある。これは、所定の効率を有する回折次数の回折光でも式（１）の関係を満たすと、その回折光が対物レンズにより集光されて、開口制限を適切に行うことができないからである。ここで、所定の回折効率とは、この領域を通過した光ビームが光ディスクに照射され、反射された光ビームが受光部に入射した場合に、正規の開口範囲内を通過した光ビームの戻り光を受光部で検出する際にノイズとなってしまう程度の効率を意味する。換言すると開口制限を適切に行うことができない程度の大きさの効率を意味するものとする。
【０１２７】
以上のように、この第１の観点のように、式（１）の関係式を満たさない回折次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍを選択することにより、第３の波長に対する開口制限を良好に行うことができる。また、中輪帯においても、ブレーズ構造を用いずに、ステップ構造を設けるものとする。これは、中輪帯で説明したように、階段形状のような所謂ステップ構造は、ブレーズ形状等に比べて正規光の回折効率を隣接次数の回折光の回折効率から乖離させるのに適した構成といえるからである。かかる構成とされた中輪帯は、第３の波長に対する開口制限を良好に行うことを可能とする。
【０１２８】
次に、第２の観点について説明する。第２の観点は、内輪体で選択された回折次数の組み合わせを考慮した構成とすることである。具体的に、内輪帯において選択された回折次数組み合わせと、中輪帯で選択された回折次数組み合わせの回折パワー差の符号（正負）が同一である必要がある。ここで、内輪体における（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−１，−２）という次数組み合わせを選んだ場合を例に挙げ詳細に説明する。上述のように、回折面の回折力は、波長と回折次数の積（λ×ｋ）に比例する。よって、ｋ１ｉ×λ１−ｋ２ｉ×λ２が、内輪体における第１及び第２の光ディスク間（例えばＢＤ−ＤＶＤ間）の回折力差に比例する。そして、この組み合わせに対して、中輪帯において（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ）＝（０，１，２）という次数組み合わせを選択したとする。ｋ１ｍ×λ１−ｋ２ｍ×λ２が、中輪帯における第１及び第２の光ディスク間の回折力差に比例することとなる。この次数組み合わせでは、ｋ１ｉ×λ１−ｋ２ｉ×λ２＝１０６５（ｎｍ）であり、ｋ１ｍ×λ１−ｋ２ｍ×λ２＝−６６０（ｎｍ）である。この場合、内輪体における回折力差と、中輪帯における回折力差とが逆方向の回折力差をもつことになり、回折構造の方向が逆転し、形成が困難となってしまう。これに対して（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）を選択した場合には、ｋ１ｍ×λ１−ｋ２ｍ×λ２＝６６０（ｎｍ）となり、内輪体及び中輪帯における回折力差の符号が同一となる。よって、この第２の観点においては、ｋ１ｉ×λ１−ｋ２ｉ×λ２の符号と、ｋ１ｍ×λ１−ｋ２ｍ×λ２の符号と同一となるように選択するものである。
【０１２９】
次に、第３の観点について説明する。第３の観点は、内輪体における回折力差を考慮した構成とすることである。具体的に、内輪帯における回折力差が、中輪帯における回折力差よりもあまりに大きい場合には、回折力を補うために中輪帯部の回折周期数が増大し、製造が著しく困難になるということに鑑みたものである。ここで、内輪体における（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（１，−１，−２）という次数組み合わせを選んだ場合を例に挙げ詳細に説明する。そして、この内輪体の組み合わせに対して、中輪帯において、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）という次数組み合わせを選択したとする。この次数組み合わせでは、ｋ１ｉ×λ１−ｋ２ｉ×λ２＝１０６５（ｎｍ）であり、ｋ１ｍ×λ１−ｋ２ｍ×λ２＝６６０（ｎｍ）である。この場合、中輪帯のピッチは、内輪体のピッチに対して２倍程度に抑えられると考えられる。これに対し、上述の内輪体の組み合わせに対して、中輪帯において（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（−１，−１）という次数組み合わせを選択したとする。この次数組み合わせでは、ｋ１ｉ×λ１−ｋ２ｉ×λ２＝１０６５（ｎｍ）であり、ｋ１ｍ×λ１−ｋ２ｍ×λ２＝２２５（ｎｍ）となり、中輪帯において５倍程度のピッチを形成する必要があり、現実使用に適さなくなる。さらに、中輪帯においては、近軸の範囲外であるため、ピッチ数は更に増大する可能性がある。このように、第３の観点においては、現実に回折構造を形成することを考慮して、内輪体における回折力差と中輪帯の回折力差とを比較して内輪体における回折次数を選択する必要があることを意味する。中輪帯において選択される回折次数の組み合わせは、かかる事項を考慮すると、（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、（１，０）、（１，−１）が適正なものであるといえる。
【０１３０】
次に、第４の観点について説明する。第４の観点としては、内輪帯で説明したのと同様に、選択する次数があまりに大きい場合には、回折構造の段差、溝深さ及びブレーズ深さが深くなってしまう。回折構造の深さが深くなると形成精度が悪化するおそれがあるほか、温度変化による光路長増大効果が大きくなり、温度回折効率特性が劣化してしまうという問題もある。このような理由から、３〜４次程度までの回折次数を選択するのが妥当であり、一般的である。
【０１３１】
次に、第５の観点について説明する。第５の観点としては、内輪帯で説明したのと同様に、後述のような回折効率計算を行ったときに、深さｄが適切な大きさ以下であり形成可能である必要がある。そして、深さｄは、少なくとも１０μｍ以下であることが必要である。ただし、中輪帯においては対物レンズのレンズ曲面に回折部を設けることを考慮すると非球面形状の曲率が大きくなってくる領域であるため、可能な限りステップ数を低下させ、かつ使用する次数を低次とし、浅い回折構造とする必要性がある。この目的を考慮すると、中輪帯における最も適切な次数組み合わせは、例えば（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）であるといえる。この次数選択の場合には、２ステップ、溝深さｄ＝１６００ｎｍで不要光も避けられ形成が容易であるためである。また、効率も高く使用しやすい。
【０１３２】
次に、第６の観点について説明する。第６の観点は、内輪体及び中輪帯における不要光の乖離量を考慮した構成とすることである。具体的に、後述する球面収差補正直線からの乖離量Δを計算した際に、中輪帯不要光の乖離量Δｍ、Δｍ’が各々、内輪帯不要光の乖離量Δｉとの間で、Δｉ≠Δｍの関係、及びΔｉ≠Δｍ’の関係を満たす必要がある。さらに、現実的な形成を考慮して経験的には、｜Δｉ−Δｍ｜≧０．１５（ｍｍ）、｜Δｉ−Δｍ’｜≧０．１５（ｍｍ）が必要であるといえる。これは、入射倍率を考慮し、第１の観点をより具体的に規定したものであるといえる。もし、｜Δｉ−Δｍ｜≧０．１５（ｍｍ）、｜Δｉ−Δｍ’｜≧０．１５（ｍｍ）のどちらかが成立しない場合には、中輪帯において以下の問題がある。すなわちかかる場合には、中輪帯においてＣＤ等に対応した第３の波長の不要光が内輪帯の第３の波長の光ビームと同じ振る舞いをすることになり、集光され悪影響を及ぼす可能性があることを意味する。
【０１３３】
以上のような第１乃至第６の観点を満たすように、第２の領域５２で所定の回折次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍを選択すれば良い。本実施の形態においては、上述の第１乃至第６の観点で説明したように、内輪体の回折次数との組み合わせをも考慮したものである。ここでは、内輪体及び外輪体である第１及び第２の領域５１，５２における回折次数の組み合わせとして（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）の最適な構成の一例を挙げる。具体的に、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（１，−１，−２，０，−１）、（１，−１，−２，０，−２）、（１，−１，−２，１，０）が最適な一例である。また、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（１，−２，−３，０，−１）、（１，−２，−３，０，−２）、（１，−２，−３，１，０）が最適な一例である。また、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１，−２，０，−２）、（０，−１，−２，０，−１）、（０，−１，−２，１，０）、（０，−１，−２，１，−１）が最適な一例である。また、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−２，−３，０，−１）、（０，−２，−３，０，−２）、（０，−２，−３，１，０）が最適な一例である。また、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（２，−１，−２，０，−１）、（２，−１，−２，０，−２）、（２，−１，−２，１，０）が最適な構成の一例である。特に、第５の観点で追加的に説明したように、形成しやすさと製造誤差が小さいことにより良好な結果が得られることを考慮すると中輪帯の回折次数（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）を含んだ次数組み合わせが特によい組み合わせであるといえる。
【０１３４】
ここで、上述の内輪体及び外輪体の回折次数の組み合わせに含まれる中輪体の回折次数の組み合わせ（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１）、（０，−２）、（１，０）、（１，−１）を選択したときの、構成例を示す。すなわち、この中輪帯の回折次数の組み合わせを選択したときの、回折構造の形状、ステップ数Ｓ及び溝深さｄを中輪帯構成例１〜４としてそれぞれの表４のＭ１〜Ｍ４に示す。また、表４には、上述の回折次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍの組み合わせに適した回折構造において第３の波長の光ビームの回折効率が最大となる回折次数ｋ３ｍとともに、所謂不要光として２番目に大きな回折効率を有する回折次数を「ｋ３ｍ’」として示している。また、表４には、各波長の次数ｋ１ｍ、ｋ２ｍ、ｋ３ｍにおける回折効率ｅｆｆ１，ｅｆｆ２，ｅｆｆ３とともに第３の波長の回折次数ｋ３ｍ’における回折効率ｅｆｆ３’も併せて示している。さらに、それぞれの例における、第３の波長のプロットＰλ３の球面収差補正直線からの乖離量Δとともに、第３の波長の回折次数ｋ３ｍ’を同様にプロットした場合のこのプロット点の球面収差補正直線からの乖離量を「Δ’」として示している。
【０１３５】
【表４】
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【０１３６】
この表４に示すように、いずれの構成例の場合も、回折効率が十分に確保されており、また、第３の波長の回折効率が存在する場合にも、乖離量Δｍが十分に大きくすることができる。また、構成例１〜３については、乖離量Δｍ’も十分に大きくすることができる。尚構成例４については、乖離量Δｍ’も低く、後述する図３２でもＰλ３’が直線ＬＭ４上に位置することとなるが、これは、組み合わせる内輪帯次数を選択することにより、使用可能な構成例となる。すなわち、上述した表１に示す内輪帯構成例３においては、Δ＝０．２１となり、これとの比較においては、かかる中輪帯次数組み合わせも十分にその機能を発揮可能である。換言すると、内輪帯の次数組み合わせと、中輪帯の次数組み合わせとを選択に際して、内輪帯における乖離量Δと、中輪帯における乖離量Δｍ，Δｍ’とを考慮することにより、内輪帯及び中輪帯における機能を発揮させることを意味する。例えば、中輪帯構成例４において選択した組み合わせは、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１，−２，１，−１）の組み合わせであれば内輪帯及び中輪帯においてその機能を十分に発揮できることを意味する。そして、以上のことから、第３の波長の光ビームに対して球面収差が大きく付与されており、結像に寄与せず、開口制限の機能を発揮していることを確認できる。このことは、フレア化の効果が得られていることを意味している。このように、中輪帯構成例１〜４では、第３の波長に対しては開口制限を実現しつつ、第１及び第２の波長に対しては、所望の回折角度である回折光の回折効率が十分に確保できる。
【０１３７】
以上のように、内輪帯としての第２の領域５２は、上述したような第１乃至第６の観点から、上述したような中輪帯の回折次数の組み合わせを選択することができる。そして、このような回折次数を選択することにより、第１及び第２の波長の光ビームを高い回折効率で対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を低減した状態で集光させることができる。それとともに、かかる回折次数を選択することにより、第３の波長の光ビームに対しては、回折効率の高い回折次数の回折光を第３の光ディスクの信号記録面に集光させないようにされていることから開口制限を行うように機能することができる。
【０１３８】
次に、第２の領域５２等における「回折構造の深さ及び形状と回折効率の計算」について具体的な構成例を挙げて説明する。まず、中輪帯構成例１では、表４に示すように、溝深さｄ＝１．６（μｍ）のステップ数Ｓ＝２の階段形状としたとき、第１の波長の光ビームの回折次数ｋ１ｍ＝０の回折効率ｅｆｆ１＝０．９９である。また、第２の波長の光ビームの回折次数ｋ２ｍ＝−１の回折効率ｅｆｆ２＝０．６３である。また、この領域を通過して不要光となる第３の波長の光ビームの最大回折効率となる回折次数ｋ３ｍ＝＋１の回折効率ｅｆｆ３ｍは０．２８程度である。また、不要光として２番目に大きな回折効率を有する回折次数ｋ３ｍ’＝−１の回折効率ｅｆｆ３ｍ’は０．２８程度である。このようにｅｆｆ３ｍ，ｅｆｆ３ｍ’が存在するが、上述のようにフレア化されるため、結像には寄与しない。
【０１３９】
さらに、中輪帯構成例１について、図２５（ａ）〜図２５（ｃ）を用いて、さらに具体的に説明する。図２５（ａ）は、ステップ数Ｓ＝２の階段形状の溝深さｄを変化させた場合の、第１の波長の光ビームの０次回折光の回折効率の変化を示す図である。図２５（ｂ）は、ステップ数Ｓ＝２の階段形状の溝深さｄを変化させた場合の、−１次回折光の回折効率の変化を示す図である。図２５（ｃ）は、ステップ数Ｓ＝２の階段形状の溝深さｄを変化させた場合の、不要光となる＋１次回折光の回折効率の変化をＬＦ１として、また、他の不要光となる−１次回折光の回折効率の変化をＬＦ２として示す図である。図２５（ａ）〜図２５（ｃ）中において横軸は、溝深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は、回折効率（光の強度）を示す図である。そして、横軸が１６００ｎｍの位置において、図２５（ａ）に示すように、ｅｆｆ１は、０．９９であり、図２５（ｂ）に示すように、ｅｆｆ２は、０．６３である。また、この位置において、図２５（ｃ）に示すように、ｅｆｆ３は、０．２８程度であり、ｅｆｆ３’は、０．２８程度であるが、スポットがフレア化される。
【０１４０】
また、図２５で計算される各効率値が内輪帯の各効率値と大きく乖離している場合には、スポットのサイズが効率値不均等に伴って増大あるいは減少する。このため温度によって大きくスポットサイズが変動しないような効率関係とする必要がある。さらに、一般的には内輪帯〜外輪帯間での効率変動は２０％以下である方が望ましい。
【０１４１】
また、上述した中輪帯構成例１においては、上述した（波長×次数）と、保護層厚さとの関係における設計直線から不要光となる第３の波長の回折次数のプロットＰλ３、Ｐλ３’が外れた関係となっている（図２６参照）。これは、上述したようにフレア化が達成されていることを示す。よって、このような設計直線に基づいて適切な対物レンズ設計を行えば、第３の波長の光ビームを集光させず、第３の波長の光ビームに対して良好な開口制限を行うことができる。具体的には、中輪帯構成例１は、図２６に示すように、各回折次数（ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’）＝（０，−１，＋１，−１）で各点Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３，Ｐλ３’をプロットし、ＬＭ１に示すような設計直線を設定したものである。図２６において、第１の波長の設計点Ｐλ１と第２の波長の設計点Ｐλ２とは、設計直線ＬＭ１上に位置するために、回折次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍの回折光の収差は略０となる。一方、第３の波長におけるプロットされた点Ｐλ３，Ｐλ３’は、収差ゼロ設計点とはかなりの乖離を有しており、上述したようなフレア化されていることを示している。この結果、第３の波長においては収差が取れ残り、すなわち、結果としてこの中輪帯を通過した第３の波長の光ビームは信号記録面に結像しないで、第３の光ディスクに入射してしまう第３の波長の光ビームの光量を抑えることができる。この結果、図２５に示すように第３の波長の光ビームの回折効率が存在しても、これらの光ビームは結像に対して寄与せず、適切な開口制限（ＮＡ＝０．４５）を実現することができる。
【０１４２】
また、表４の「Ｍ２」に示す中輪帯構成例２についても同様に、ｄ＝３．１（μｍ）、Ｓ＝４としたときに、表４及び図２７（ａ）〜図２７（ｃ）に示すようになる。具体的に、各次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’及び各回折効率ｅｆｆ１ｍ，ｅｆｆ２ｍ，ｅｆｆ３ｍ，ｅｆｆ３ｍ’が得られる。
【０１４３】
また、表４の「Ｍ３」に示す中輪帯構成例３についても同様に、ｄ＝７．５（μｍ）、Ｓ＝３としたときに、表４及び図２８（ａ）〜図２８（ｃ）に示すようになる。具体的に、各次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’及び各回折効率ｅｆｆ１ｍ，ｅｆｆ２ｍ，ｅｆｆ３ｍ，ｅｆｆ３ｍ’が得られる。
【０１４４】
また、表４の「Ｍ４」に示す中輪帯構成例４についても同様に、ｄ＝２．８（μｍ）、Ｓ＝３としたときに、表４及び図２９（ａ）〜図２９（ｃ）に示すようになる。具体的に、各次数ｋ１ｍ，ｋ２ｍ，ｋ３ｍ，ｋ３ｍ’及び各回折効率ｅｆｆ１ｍ，ｅｆｆ２ｍ，ｅｆｆ３ｍ，ｅｆｆ３ｍ’が得られる。
【０１４５】
そして、かかる中輪帯構成例２〜４についても、上述の中輪帯構成例１と同様に、第１及び第２の波長の光ビームに対して球面収差を低減でき、第３の波長に対して集光させない構成となっている。この点について中輪帯構成例１を示す図２６と同様の、横軸に波長×回折次数（ｎｍ）により算出される値を、縦軸に保護層厚さ（ｍｍ）を設定して各点Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３，Ｐλ３’をプロットしたものと、設計直線とをそれぞれ図３０〜図３２に示す。すなわち、図３０、図３１に示すように中輪帯構成例２、３では、第１及び第２の波長のプロットＰλ１，Ｐλ２が設計直線ＬＭ２，ＬＭ３上に位置して、球面収差補正が可能であることが示されている。また、第３の波長のプロットＰλ３，Ｐλ３’が設計直線から外れた関係となっており、第３の波長の光ビームについてフレア化され第３の光ディスクに集光させず、第３の波長の光ビームに対して良好な開口制限を行うことができることが示されている。また、図３２に示すように中輪帯構成例４では、第１及び第２の波長のプロットＰλ１，Ｐλ２が設計直線ＬＭ４上に位置して、球面収差補正が可能であることが示されている。また、第３の波長のプロットＰλ３が設計直線から外れた関係となっており、第３の波長の光ビームについてフレア化され第３の光ディスクに集光させず、第３の波長の光ビームに対して良好な開口制限を行うことができることが示されている。尚、中輪帯構成例４では、２番目の不要光となる次数ｋ３ｍ’＝−２のプロットＰλ３’が設計直線近傍に位置し、表４に示すように乖離量Δｍ’＝−０．０６となっているため、内輪帯の次数組み合わせによっては用いることができない。具体的には、表１のＩ３に示す内輪帯構成例３以外は、第３の波長の内輪帯の乖離量Δとこの中輪帯の乖離量Δｍ’が近接してしまうため、用いることができない。そのため、上述したように、中輪帯次数（ｋ１ｍ、ｋ２ｍ）＝（１，−１）は、第１乃至第６の観点から選ばれたように内輪帯次数（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）＝（０，−１，−２）とともに用いられる構成とする必要がある。
【０１４６】
外輪帯である第３の領域５３は、輪帯状で所定の屈折作用を有する非球面連続面として形成され、通過する第１の波長の光ビームを第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光するように屈折させる。
【０１４７】
また、第３の領域５３は、上述の非球面連続面により、通過する第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないように屈折させる。すなわち、第３の領域５３は、第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする。換言すると、第３の領域５３は、第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面からデフォーカスすなわち乖離した位置に集光させる状態か、又は、発散させて集光させない状態となるように第２の波長の光ビームに屈折作用を与える。
【０１４８】
また、第３の領域５３は、上述の非球面連続面により、通過する第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないように屈折させる。すなわち、第３の領域５３は、第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする。換言すると、第３の領域５３は、第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面からデフォーカスすなわち乖離した位置に集光させる状態か、又は、発散させて集光させない状態となるように第３の波長の光ビームに屈折作用を与える。
【０１４９】
このように、第３の領域５３は、上述の作用を与える非球面連続面により形成されることにより、第３の領域５３を通過した第１の波長の光ビームを第１の光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。また、第３の領域５３は、第２の波長の光ビームについては、対応する光ディスクの信号記録面に集光させず、開口制限機能を発揮することができる。さらに、第３の領域５３は、第３の波長の光ビームについても、対応する光ディスクの信号記録面に集光させず、上述の領域５２とともに、開口制限機能を発揮することができる。
【０１５０】
ところで、上述した第２の領域５２は、その領域を通過した第２の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．６程度で開口制限される光ビームと同様の状態で対物レンズ３４に入射するような大きさに形成されている。また、この第２の領域５２の外側に形成される第３の領域５３は、この領域を通過した第２の波長の光ビームを、対物レンズ３４を介して光ディスク上に集光させない。このため、かかる構成とされた第２及び第３の領域５２，５３を備える回折部５０は、第２の波長の光ビームに対して、ＮＡ＝０．６程度に開口制限を行うように機能することとなる。ここでは、回折部５０において、第２の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．６程度に開口制限を行うように構成したが、上述の構成により制限される開口数はこれに限られるものではない。
【０１５１】
また、第３の領域５３は、その領域を通過した第１の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．８５程度で開口制限される光ビームと同様の状態で対物レンズ３４に入射するような大きさに形成されている。尚、かかる第３の領域５３の外側の領域は、通過する光ビームを遮蔽する遮蔽部を設けることにより、開口制限が行われる。若しくは通過する光ビームを対物レンズ３４を介して第１の光ディスク上に集光する次数以外の次数の光ビームが支配的となる回折領域を設けることにより、開口制限が行われる。又は通過する第１の波長の光ビームを第１の光ディスクの信号記録面に集光させないような屈折面が形成されることにより、開口制限が行われる。上述の構成により制限される開口数は、これに限られるものではない。
【０１５２】
具体的に、第３の領域５３は、次式（９）で示すような非球面形状となるように形成されている。尚、第１及び第２の領域５１，５２についても、回折構造が形成される基準面が、この次式（９）で示される非球面形状となるようにされ、かかる非球面形状の基準面上に上述の回折構造が形成されている。また、後述する回折部７０の回折領域である第３の領域７３についても、回折構造が形成される基準面が、この次式（９）で示される非球面形状となるようにされ、かかる非球面形状の基準面上に上述の回折構造が形成されている。この式（９）中で、ｈは、光軸からの高さ、すなわち半径方向の位置を示し、ｚは、ｈの位置における光軸に平行するサグ量を示し、すなわち、ｈの位置における面頂点の接平面からの距離を示す。このｚで示すサグ量は、回折構造がない第３の領域５３においては、レンズの面形状を示すものである。また、ｃは、曲率、すなわち曲率半径の逆数を示し、κは、円錐係数（非球面係数）を示し、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・は、非球面係数を示す。
【０１５３】
【数５】
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【０１５４】
また、式（９）中Δｚは、内輪帯の基準面を示す２−１面を基準に取った場合の２−１面からの軸上面間距離を示す。すなわち、内輪帯基準面を２−１面とし、中輪帯基準面を２−２面とし、外輪帯基準面を２−３面とし、内輪帯基準面２−１面の頂点位置を原点とした場合に以下のことを示す。すなわち、中輪帯基準面２−２面と、外輪帯基準面２−３面とがこの原点からΔｚだけオフセットして面が形成されていることを示す。ここで、「外輪帯基準面」としたが、これは、ここで説明する外輪帯５３の場合には、この「外輪帯基準面」自体が外輪帯の面形状となるが、後述する外輪帯７３の場合には、この基準面に回折構造が形成されることを意味する。例えば、２−２面についての軸上面間距離Δｚは、図３３のように示されることとなる。尚、図３３中、Ｓｕ２−１は、内輪帯５１の基準面である２−１面を示し、Ｓｕ２−２は、中輪帯５２の基準面である２−２面を示す。また、横軸は、光軸方向のサグ量ｚを示し、ｈは、半径方向の位置を示し、ｚ（ｈ）は、式（９）中のｚである半径方向の位置毎のサグ量を示す。また、図３３において、実線部は、Ｓｕ２−１及びＳｕ２−２により形成される基準面を示し、破線部は、Ｓｕ２−１，Ｓｕ２−２を延長した部分を示す。かかる図３３において、Δｚは、２−１面の頂点と、２−２面の頂点との軸上の距離を示すものである。尚、ここでは、２−１面と２−２面との交点が内輪帯及び中輪帯の領域境界となっているが、これに限られるものではなく、収差や回折効率を考慮して各光ディスクの信号記録面に適切に集光できるような状態になるように形成される。換言すると、内輪帯と中輪帯との２境界の閾値は、半径方向の位置を示すｈにより決定されるものである。そして、上述のように２−１面と２−２面とが、ｈで決定される境界部分で交差しないような場合は、微少の段差を有して内輪帯及び中輪帯の基準面が形成されることとなる。また、上述は内輪帯と中輪帯との関係について説明したが、外輪帯と内輪帯及び中輪帯との関係も上述の場合と同様であり、また、外輪帯におけるΔｚも、内輪帯の面頂点との関係で上述と同様に決定されている。
【０１５５】
さらに、図４及び図５で説明した内輪帯である第１の領域５１や、中輪帯である第２の領域５２や、後述する図５を用いて説明する外輪帯である第３の領域７３において、非球面基準面に対して付与された回折構造による位相差Φは、次式（１０）によって表される。式（１０）は、位相差関数係数Ｃｉを用いたものであり、式（１０）中ｋは、各波長λ１，λ２，λ３において選択される回折次数を示すものであり、具体的には、ｋ１，ｋ２，ｋ３を示す。ｒは、半径方向の位置を示し、λ０は、設計波長を示すものである。尚、ここで説明したΦは、非球面レンズ形状上に極めて薄い非常に高屈折率の膜があると仮定し、その際の位相差量を定義したものである。実際のレンズ回折面の形成においては、上述した図１４の手順にしたがって形成されることとなるが、そのままレンズ面に回折構造となる凹凸形状を形成すると光軸に対して斜めに進む光路では光路差が変動するため、微少な補正が行われて形成されることとなる。
【０１５６】
【数６】
2010198717.tif 000012
【０１５７】
以上のような構成とされた回折領域である第１及び第２の領域５１，５２と、非球面形状とされた第３の領域５３を有する回折部５０は、各領域を通過する各波長の光ビームに所定の作用を付与する。回折部５０は、第１の領域５１を通過する第１乃至第３の波長の光ビームを、３波長に共通の対物レンズ３４の屈折力によりそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部５０は、対物レンズ３４の屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、回折部５０は、第２の領域５２を通過する第１及び第２の波長の光ビームを、共通の対物レンズ３４の屈折力によりそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部５０は、対物レンズ３４の屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、回折部５０は、第３の領域５３を通過する第１の波長の光ビームをその屈折力により対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるように対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。ここで、「球面収差が発生しない発散角の状態」には、発散状態、収束状態及び平行光の状態も含み、球面収差がレンズ曲面の屈折力により補正される状態を意味するものとする。
【０１５８】
すなわち、光ピックアップ３の光学系における第１乃至第３の出射部と信号記録面との間の光路上に配置される対物レンズ３４の一面に設けられた回折部５０は、以下のような効果を有する。回折部５０は、それぞれの領域（第１〜第３の領域５１，５２，５３）を通過するそれぞれの波長の光ビームを信号記録面に発生する球面収差を低減する状態となるように回折力及び屈折力を付与することができる。これにより回折部５０は、光ピックアップ３において第１乃至第３の波長の光ビームを共通の対物レンズ３４を用いてそれぞれ対応する光ディスクの信号記録面に集光させたときの信号記録面に発生する球面収差を極限まで低減することができる。すなわち、回折部５０は、３種類の光ディスクに対して３種類の波長と共通の対物レンズ３４とを用いた光ピックアップの３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して適切に情報信号の記録及び／又は再生を可能とする。
【０１５９】
また、上述したような第１乃至第３の領域５１，５２，５３からなる回折部５０を有する対物レンズ３４は、内輪帯としての第１の領域５１が上述の第１乃至第４の観点から選択された次数組み合わせを有する構成とされていることから以下の効果を有する。すなわち、対物レンズ３４は、回折次数（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）が、（１，−１，−２）、（１，−２，−３）、（０，−１，−２）、（０，−２，−３）又は（２，−１，−２）である。よって、対物レンズ３４は、第１の観点で述べたような各波長における球面収差を低減でき、第２の観点で述べたような各波長における作動距離及び焦点距離を最適なものにでき、第３及び第４の観点で述べたような製造上有利な構成とできる。すなわち、対物レンズ３４は、適切に球面収差を低減できる次数の回折光を支配的とすることで、各波長の光ビームを対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、対物レンズ３４は、各波長の光ビームを使用する場合の作動距離と、各波長に対する焦点距離を適切な状態にすることができる。すなわち、対物レンズ３４は、第３の波長λ３を使用する場合の作動距離を確保するために第１の波長λ１に対する焦点距離が長くなり過ぎることを防止して、対物レンズのレンズ径が大きくなることや光ピックアップ全体の大型化する等の問題を防止できる。また、対物レンズ３４は、必要となる溝深さが深くなりすぎることを防止する製造上有利な構成であるので、製造工程を簡素化できるとともに、形成精度の悪化を防止することができる。さらに、対物レンズ３４は、各波長のそれぞれ選択された回折次数の回折効率を十分に高く設定できる。また、対物レンズ３４は、階段形状での構成を可能とすることから不要光の回折効率を抑えるとともに、隣接回折次数の回折効率を低くできることから、不要光の悪影響を極力抑えることを実現できる。よって、この回折部５０を有する対物レンズ３４は、より具体的な構成を考慮して小型化や構成の有利さ等を考慮した上で、より有利な構成で、高い光利用効率で対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることを実現する。これにより、対物レンズ３４は、３種類の光ディスクに対して３種類の波長と共通の対物レンズを用いた光ピックアップの３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して適切に情報信号の記録及び／又は再生を可能とする。
【０１６０】
さらに、上述したような回折部５０を有する対物レンズ３４は、中輪帯としての第２の領域５２が上述の第１乃至第６の観点から選択された次数組み合わせを有する構成とされていることから以下の効果を有する。すなわち、対物レンズ３４は、中輪帯において、第１の観点で述べたように第１及び第２の波長において球面収差を低減できるとともに、第３の波長において適切な開口制限を可能とする。また、対物レンズ３４は、中輪帯において、第４及び第５の観点で述べたように、製造上有利な構成とできる。さらに、かかる第２の領域５２を有する対物レンズ３４は、第１及び第２の波長に対しては球面収差を補正した状態で高い回折効率を得ることができるとともに第３の波長に対しては適切に開口制限を行うことを実現する。よって、この回折部５０を有する対物レンズ３４は、構成の有利さ等を考慮した上で、より有利な構成で、高い光利用効率で対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることを実現する。さらにまた、対物レンズ３４は、中輪帯において、第２，第３及び第６の観点で述べたように、内輪帯を考慮した構成とすることにより、全体として良好な特性を発揮できる。
【０１６１】
具体的に、対物レンズ３４は、回折部５０が、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（１，−１，−２，０，−１）、（１，−１，−２，０，−２）、（１，−１，−２，１，０）とされている（以下、「組み合わせＡ」という。）。これにより、対物レンズ３４は、内輪帯及び中輪帯においてその機能を適切に発揮できるとともに、その組み合わせとしても最適な構成とされている。このように、対物レンズ３４は、不要光乖離特性と製造容易性とを両立するとともに高い光利用効率を達成した構造とされている。ここで、高い光利用効率を達成とは、内輪帯において、第１乃至第３の波長の光ビームを、また、中輪帯において、第１及び第２の波長の光ビームを、対応する光ディスクの信号記録面に高い回折効率で集光できることを意味する。また、不要光乖離特性は、内輪帯における第３の波長の光ビームの集光状態を考慮して、中輪帯における第３の波長の光ビームを対応する信号記録面に集光させない状態にして適切な開口制限を行うことを意味する。この回折部５０を有する対物レンズ３４は、構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０１６２】
また、回折部５０が、当該次数の組み合わせＡとされた場合において、第１の領域５１に形成された階段形状の回折構造のステップ数Ｓ及び溝深さｄと、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１が次のような関係とされている。具体的にＳ＝４の階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成され、階段構造の全体深さである溝深さｄ’が３．３〜４．０であり、ｆ１がｆ１＞１．８２である（表１〜３、図２４参照）。かかる構成を有する回折部５０は、内輪帯及び中輪帯の構成をより具体的に特定したものである。よって、かかる具体的構成を有する回折部５０は、その構成を有することにより、内輪帯及び中輪帯においてその両機能を確実に発揮することを可能とする。すなわち、回折部５０の内輪帯である第１の領域５１は、第１乃至第３の波長の光ビームを、高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光できる。また、回折部５０の中輪帯である第２の領域５２は、第１乃至第２の波長の光ビームを高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光するとともに、第３の波長の光ビームに対して適切に開口制限できる。以上のように、回折部５０は、不要光乖離特性と製造容易性を両立するとともに高い光利用効率を実現する。この回折部５０を有する対物レンズ３４は、構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０１６３】
また、対物レンズ３４は、回折部５０が、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（１，−２，−３，０，−１）、（１，−２，−３，０，−２）、（１，−２，−３，１，０）とされている（以下、「組み合わせＢ」という。）。これにより、対物レンズ３４は、内輪帯及び中輪帯においてその機能を適切に発揮できるとともに、その組み合わせとしても最適な構成とされている。このように、対物レンズ３４は、不要光乖離特性と製造容易性とを両立するとともに高い光利用効率を達成した構造とされている。この回折部５０を有する対物レンズ３４は、構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０１６４】
また、回折部５０が、当該次数の組み合わせＢとされた場合において、第１の領域５１に形成された階段形状の回折構造のステップ数Ｓ及び溝深さｄと、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１が次のような関係とされている。具体的にＳ＝６の階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成され、階段構造の全体深さである溝深さｄ’が４．７〜５．７であり、ｆ１がｆ１＞１．７２である（表１〜３、図２４参照）。かかる構成を有する回折部５０は、内輪帯及び中輪帯の構成をより具体的に特定したものである。よって、かかる具体的構成を有する回折部５０は、その構成を有することにより、内輪帯及び中輪帯においてその両機能を確実に発揮することを可能とする。すなわち、回折部５０の内輪帯である第１の領域５１は、第１乃至第３の波長の光ビームを、高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光できる。また、回折部５０の中輪帯である第２の領域５２は、第１乃至第２の波長の光ビームを高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光するとともに、第３の波長の光ビームに対して適切に開口制限できる。以上のように、回折部５０は、不要光乖離特性と製造容易性を両立するとともに高い光利用効率を実現する。この回折部５０を有する対物レンズ３４は、構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０１６５】
また、対物レンズ３４は、回折部５０が、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−１，−２，０，−２）、（０，−１，−２，０，−１）、（０，−１，−２，１，０）、（０，−１，−２，１，−１）とされている（以下、「組み合わせＣ」という。）。これにより、対物レンズ３４は、内輪帯及び中輪帯においてその機能を適切に発揮できるとともに、その組み合わせとしても最適な構成とされている。このように、対物レンズ３４は、不要光乖離特性と製造容易性とを両立するとともに高い光利用効率を達成した構造とされている。この回折部５０を有する対物レンズ３４は、構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０１６６】
また、回折部５０が、当該次数の組み合わせＣとされた場合において、第１の領域５１に形成された階段形状の回折構造のステップ数Ｓ及び溝深さｄと、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１が次のような関係とされている。具体的にＳ＝３の階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成され、階段構造の全体深さである溝深さｄ’が６．１〜７．４であり、ｆ１がｆ１＞１．８６である（表１〜３、図２４参照）。かかる構成を有する回折部５０は、内輪帯及び中輪帯の構成をより具体的に特定したものである。よって、かかる具体的構成を有する回折部５０は、その構成を有することにより、内輪帯及び中輪帯においてその両機能を確実に発揮することを可能とする。すなわち、回折部５０の内輪帯である第１の領域５１は、第１乃至第３の波長の光ビームを、高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光できる。また、回折部５０の中輪帯である第２の領域５２は、第１乃至第２の波長の光ビームを高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光するとともに、第３の波長の光ビームに対して適切に開口制限できる。以上のように、回折部５０は、不要光乖離特性と製造容易性を両立するとともに高い光利用効率を実現する。この回折部５０を有する対物レンズ３４は、構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０１６７】
また、対物レンズ３４は、回折部５０が、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（０，−２，−３，０，−１）、（０，−２，−３，０，−２）、（０，−２，−３，１，０）とされている（以下、「組み合わせＤ」という。）。これにより、対物レンズ３４は、内輪帯及び中輪帯においてその機能を適切に発揮できるとともに、その組み合わせとしても最適な構成とされている。このように、対物レンズ３４は、不要光乖離特性と製造容易性とを両立するとともに高い光利用効率を達成した構造とされている。この回折部５０を有する対物レンズ３４は、構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０１６８】
また、回折部５０が、当該次数の組み合わせＤとされた場合において、第１の領域５１に形成された階段形状の回折構造のステップ数Ｓ及び溝深さｄと、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１が次のような関係とされている。具体的にＳ＝５の階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成され、階段構造の全体深さである溝深さｄ’が３．５〜４．２であり、ｆ１がｆ１＞１．７６である（表１〜３、図２４参照）。かかる構成を有する回折部５０は、内輪帯及び中輪帯の構成をより具体的に特定したものである。よって、かかる具体的構成を有する回折部５０は、その構成を有することにより、内輪帯及び中輪帯においてその両機能を確実に発揮することを可能とする。すなわち、回折部５０の内輪帯である第１の領域５１は、第１乃至第３の波長の光ビームを、高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光できる。また、回折部５０の中輪帯である第２の領域５２は、第１乃至第２の波長の光ビームを高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光するとともに、第３の波長の光ビームに対して適切に開口制限できる。以上のように、回折部５０は、不要光乖離特性と製造容易性を両立するとともに高い光利用効率を実現する。この回折部５０を有する対物レンズ３４は、構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０１６９】
また、対物レンズ３４は、回折部５０が、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）＝（２，−１，−２，０，−１）、（２，−１，−２，０，−２）、（２，−１，−２，１，０）とされている（以下、「組み合わせＥ」という。）。これにより、対物レンズ３４は、内輪帯及び中輪帯においてその機能を適切に発揮できるとともに、その組み合わせとしても最適な構成とされている。このように、対物レンズ３４は、不要光乖離特性と製造容易性とを両立するとともに高い光利用効率を達成した構造とされている。この回折部５０を有する対物レンズ３４は、構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０１７０】
また、回折部５０が、当該次数の組み合わせＥとされた場合において、第１の領域５１に形成された階段形状の回折構造のステップ数Ｓ及び溝深さｄと、第１の波長λ１に対する焦点距離ｆ１が次のような関係とされている。具体的にＳ＝５の階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成され、階段構造の全体深さである溝深さｄ’が４．４〜５．４であり、ｆ１がｆ１＞１．７６である（表１〜３、図２４参照）。かかる構成を有する回折部５０は、内輪帯及び中輪帯の構成をより具体的に特定したものである。よって、かかる具体的構成を有する回折部５０は、その構成を有することにより、内輪帯及び中輪帯においてその両機能を確実に発揮することを可能とする。すなわち、回折部５０の内輪帯である第１の領域５１は、第１乃至第３の波長の光ビームを、高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光できる。また、回折部５０の中輪帯である第２の領域５２は、第１乃至第２の波長の光ビームを高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光するとともに、第３の波長の光ビームに対して適切に開口制限できる。以上のように、回折部５０は、不要光乖離特性と製造容易性を両立するとともに高い光利用効率を実現する。この回折部５０を有する対物レンズ３４は、構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０１７１】
さらに、回折部５０を有する対物レンズ３４は、外輪帯として、第２の領域５２の外側に設けられ輪帯状の第３の領域５３を有し、この第３の領域５３が、所定の屈折作用を有する非球面連続面として形成されている。かかる構成により、上述のような、高い光利用効率を得ることや、良好なスポットを集光できることや、所定の開口制限を発揮させること等の機能を発揮できる。また、対物レンズ３４は、外輪帯における、製造工程の簡素化や、外輪帯における回折構造を有しないことにより高い光利用効率を実現する。
【０１７２】
また、第１乃至第３の領域５１，５２，５３を有する回折部５０は、第２及び第３の領域５２，５３を第３の波長の光ビームが通過することにより開口制限機能を発揮できる。第２の領域５２は、最大の回折効率及び所定の回折効率を有して発生する回折次数の回折光をフレア化して結像位置を信号記録面からずらすことによりその回折次数の回折光の回折効率を低減することができる。第３の領域５３は、第３の波長の光ビームを第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないように屈折させる。かかる構成により、第３の波長の光ビームについて、第１の領域５１を通過した部分の光ビームのみを対物レンズ３４により光ディスクの信号記録面に集光させる。そして、この第１の領域５１がこの領域を通過する第３の波長の光ビームを所定のＮＡとなるような大きさに形成されていることにより、第３の波長の光ビームについて例えば０．４５程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とする。
【０１７３】
また、回折部５０は、第３の領域５３を第２の波長の光ビームが通過することにより開口制限機能を発揮できる。第３の領域５３は、第２の波長の光ビームを第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないように屈折させる。かかる構成により、第２の波長の光ビームについて、第１及び第２の領域５１，５２を通過した部分の光ビームのみを対物レンズ３４により光ディスクの信号記録面に集光させる。そして、この第１及び第２の領域５１，５２がこの領域を通過する第２の波長の光ビームを所定のＮＡとなるような大きさに形成されていることにより、第２の波長の光ビームについて例えば０．６０程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とする。
【０１７４】
また、回折部５０は、第３の領域５３の外側の領域を通過する第１の波長の光ビームを対物レンズ３４により対応する種類の光ディスクの信号記録面に適切に集光しないような状態又は遮蔽することで、開口制限機能を発揮できる。回折部５０は、第１の波長の光ビームについて、第１乃至第３の領域５１，５２，５３を通過した部分の光ビームのみを対物レンズ３４により光ディスクの信号記録面に集光させる。そして、第１乃至第３の領域５１，５２，５３がこの領域を通過する第１の波長の光ビームを所定のＮＡとなるような大きさに形成されていることにより、第１の波長の光ビームについて例えば０．８５程度のＮＡとなるように開口制限を行うことを可能とする。
【０１７５】
このように、上述のような光路上に配置される対物レンズ３４の一面に設けられた回折部５０は、３波長互換を実現するのみならず、開口制限機能を達成できる。すなわち、回折部５０は、３種類の光ディスク及び第１乃至第３の波長の光ビームのそれぞれに適応した開口数で開口制限した状態で共通の対物レンズ３４に各波長の光ビームを入射させることを可能とする。すなわち、回折部５０は、３波長に対応した収差補正の機能を有するのみならず、開口制限手段としての機能も有する。
【０１７６】
尚、上述の各回折領域の実施例を適宜組み合わせて回折部を構成することが可能である。すなわち、各回折領域を通過する各波長の回折次数は、上述で言及した事項を踏まえて適宜選択可能である。尚、各回折領域を通過する各波長の回折次数を変える場合には、この各領域を通過した各波長の各回折次数に対応したレンズ曲面を有するように対物レンズ３４を構成すればよい。
【０１７７】
尚、上述では、内輪帯及び中輪帯として複数の段部を有する階段構造が輪帯の半径方向に連続的に形成された階段形状の回折構造が形成された第１及び第２の領域５１，５２を備えるものとして説明したが、これに限られるものではない。すなわち、内輪帯及び中輪帯において、上述の選択される回折次数の関係を満足すれば非周期構造の回折構造を有して構成してもよい。例えば、第１の領域は、上述したように所望の位相差を付与する非周期構造が輪帯の半径方向に形成された非周期形状の回折構造が形成されるように構成してもよい。また、第２の領域は、上述したように所望の位相差を付与する非周期構造が輪帯の半径方向に形成された非周期形状の回折構造が形成されるように構成してもよい。第１及び第２の領域に、非周期形状の回折構造を設ける場合には、設計の自由度が広がり、より所望の回折効率を得ることができとともに、回折効率の温度特性の点で有利な構成である。
【０１７８】
また、以上で説明した第１乃至第３の領域５１，５２，５３の変形例としては、第３の領域にも所定の回折構造が設けるように構成してもよい。すなわち、上述のような非球面連続面とされた第３の領域５３に換えて、所定の回折構造により第１の波長の光ビームを光ディスクに集光させる回折光を発生させるとともに、第２及び第３の波長に対しては適切に開口制限を行うように構成してもよい。換言すると、上述した所定の回折構造が形成された第１及び第２の領域５１，５２と、第１の光ディスクの開口数に対応するような領域に形成された回折構造を有する第３の領域とを有する回折部として構成してもよい。
【０１７９】
〔４．本発明を適用した対物レンズの他の例について〕
次に、上述した光ピックアップ３に用いられる本発明を適用した対物レンズの他の例として、上述した回折部５０の第３の領域５３に換えて外輪帯を回折領域として構成する例について図５を用いて説明する。すなわち、図５を用いて、第１、第２の領域５１，５２に加えてかかる第２の領域５２の外側に回折領域として形成された第３の領域７３を有する回折部７０と、回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃについて説明する。尚、回折部７０は、上述した回折部５０の第３の領域５３に相当する部分に第３の領域７３を有することを除いては、上述した回折部５０と同様であるので、共通する部分には同一の符号を付すとともに詳細は省略する。
【０１８０】
回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃは、回折部５０を有する場合と同様に、この回折部７０により、複数の領域５１，５２毎に通過する第１乃至第３の波長の光ビームのそれぞれを所定の次数となるように回折する。そして、所定の発散角を有する拡散状態又は収束状態の光ビームとして対物レンズ３４Ｃに入射させるのと同様の状態とすること及び後述の第３の領域７３により所定の作用を与える。かかる構成により、この単一の対物レンズ３４Ｃを用いて第１乃至第３の波長の光ビームをそれぞれに対応する３種類の光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃは、基準となる屈折力を発生させるレンズ面形状を基準として回折力を発生させる回折構造が形成されている。対物レンズ３４Ｃは、かかる構成により、３つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。また、回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃは、屈折素子の機能と回折素子の機能を兼ね備えており、すなわち、レンズ曲面による屈折機能と、一方の面に設けられた回折部７０による回折機能とを兼ね備えるものである。
【０１８１】
具体的に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、対物レンズ３４Ｃの入射側の面に設けられた回折部７０は、最内周部に設けられ略円形状の回折領域である第１の領域（内輪帯）５１を有する。また、回折部７０は、第１の領域５１の外側に設けられ輪帯状の回折領域である第２の領域（中輪帯）５２を有する。また、回折部７０は、第２の領域５２の外側に設けられ輪帯状の回折領域である第３の領域（以下、「外輪帯」、「第３の回折領域」ともいう。）７３を有する。
【０１８２】
外輪帯である第３の領域７３は、輪帯状で且つ所定の深さを有し第１及び第２の回折構造とは異なる構造とされた第３の回折構造が形成される。第３の領域７３は、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｃを介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の領域７３は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。換言すると、外輪帯である第３の領域７３は、通過する第１の波長の光ビームを対物レンズ３４Ｃを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させる状態とする。
【０１８３】
また、第３の領域７３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｃを介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の領域７３は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。この点について換言すると、第３の領域７３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｃを介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないような次数の回折光が支配的となるようにされている。ここで、第３の回折構造は、フレア化の作用等を考慮した上で構成されている。尚、第３の領域７３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｃを介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。換言すると、外輪帯である第３の領域７３は、通過する第２の波長の光ビームを対物レンズ３４Ｃを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする。
【０１８４】
また、第３の領域７３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｃを介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の領域７３は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。この点について換言すると、第３の領域７３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｃを介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないような次数の回折光が支配的となるようにされている。ここで、第３の回折構造は、フレア化の作用等を考慮した上で構成されている。尚、第３の領域７３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｃを介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光の回折効率を十分に低減することができる。換言すると、外輪帯である第３の領域７３は、通過する第３の波長の光ビームを対物レンズ３４Ｃを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする。
【０１８５】
このように、第３の領域７３は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されている。そのため、第３の領域７３を通過して所定の次数の回折光とされた第１の波長の光ビームが対物レンズ３４Ｃにより光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。
【０１８６】
また、第３の領域７３は、第１の波長の光ビームに対しては上述のように機能する。それとともに、第３の領域７３は、第２及び第３の波長の光ビームについては、この領域７３を通過して対物レンズ３４Ｃを介して第２及び第３の光ディスクの信号記録面に集光しない次数の回折光が支配的となるように構成されている。その際、第３の領域７３は、フレア化の影響等を考慮した構成とされている。かかる構成とされているから、この第３の領域７３を通過した第２及び第３の波長の光ビームが対物レンズ３４Ｃに入射しても第２及び第３の光ディスクの信号記録面にはほとんど影響を与えることがない。換言すると、この第３の領域７３を通過して対物レンズ３４Ｃにより信号記録面に集光される第２及び第３の波長の光ビームの光量を大幅に低減して略ゼロとして、第２の波長の光ビームに対して開口制限を行うよう機能することができる。尚、第３の領域７３は、第３の波長の光ビームに対しては、上述の第２の領域５２とともに、開口制限を行うよう機能することができる。
【０１８７】
ここで、第３の領域７３は、上述の第２の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．６程度に開口制限を行うように構成された第２の領域５２の外側に形成されている。また、第３の領域７３は、その領域を通過した第１の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．８５程度で開口制限されるような大きさに形成されている。また、この第３の領域７３の外側には回折構造が形成されていないため、この領域を透過した第１の波長の光ビームを、対物レンズ３４Ｃを介して第１の光ディスク上に集光させない。そのため、かかる構成とされた第３の領域７３を備える回折部７０は、第１の波長の光ビームに対して、ＮＡ＝０．８５程度の開口制限を行うように機能することとなる。尚、第３の領域７３を通過する第１の波長の光ビームは、例えば１次、４次のものが支配的となるようにされているため、第３の領域７３の外側の領域を透過した０次光は、対物レンズ３４Ｃを介して第１の光ディスク上に集光しない場合がほとんどである。しかしこの０次光が、対物レンズ３４Ｃを介して第１の光ディスク上に集光することになる場合には、第３の領域７３の外側の領域に、通過する光ビームを遮蔽する遮蔽部を設けて開口制限を行うようにしてもよい。また、通過する光ビームを対物レンズ３４Ｃを介して第１の光ディスク上に集光する次数以外の次数の光ビームが支配的となる回折構造を有する回折領域を設けることにより、開口制限を行うように構成してもよい。ここでは、回折部７０において、第１の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．８５程度に開口制限を行うように構成したが、上述の構成により制限される開口数はこれに限られるものではない。
【０１８８】
具体的には、第３の領域７３は、図５及び図８（ｃ）に示すように、光軸を中心とした輪帯状で基準面に対してこの輪帯の断面形状が所定の深さｄのブレーズ形状となるように形成されている。
【０１８９】
外輪帯である、第３の領域７３においては、上述のようにブレーズ構造を採用している。この理由としては、最も外側に設けられる外輪帯は、極めてレンズ曲面が最も急峻な曲率を有しており、ブレーズ以外の構造を設けるのは製造上の観点から不利なためである。また、上述したような不要光や効率等の問題は考慮する必要がないため、ブレーズ構造で十分な性能を得ることができる。尚、第３の領域７３において階段形状からなるステップ構造により構成しても良いが、上述のブレーズの利点を考慮すればブレーズ構造の方が有利である。以下に選択される各次数について述べる。
【０１９０】
第３の領域７３は、通過する第１の波長の光ビームの次数ｋ１ｏの回折光が支配的となるよう、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。また、第３の領域７３は、通過する第２の波長の光ビームの次数ｋ２ｏの回折光が支配的となるよう、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。また、第３の領域７３は、通過する第３の波長の光ビームの次数ｋ３ｏの回折光が支配的、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。このような場合に、回折次数ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏを選択する際に、第１の波長の次数と回折効率だけを考慮すればよい。
【０１９１】
これは、所定の回折効率を有してしまう第２及び第３の波長の集光点をフレア化して結像させた状態からずらすことができるからである。そして、実質的に第２、第３の光ディスクの信号記録面に集光される光ビームの光量を低減することができるため、自由度が高く条件としては緩和されているからである。
【０１９２】
以上のような観点から、第３の領域７３で所定の回折次数ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏを選択すれば良く、例えば、その一例として、外輪帯構成例１のように、（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋４，＋２，＋２）の場合には、上述の各観点を満たし、各効率を得ることができるものである。
【０１９３】
ここで、第３の領域７３において、フレア化させること、及びその構成について説明する。上述の第１の領域５１の説明において、条件式（λ１×ｋ１ｘ−λ２×ｋ２ｘ）／（ｔ１−ｔ２）≒（λ１×ｋ１ｘ−λ３×ｋ３ｘ）／（ｔ１−ｔ３）を満たすことが要求されていることについて述べた。これと同様に、この条件式（外輪帯においてこの条件式中のｋ１ｘ，ｋ２ｘ，ｋ３ｘのｘは、ｘ＝ｏとする）は、第３の領域７３においても考慮されるものである。そして、この外輪帯としての第３の領域７３においては、次の機能を考慮すると、プロットされるＰλ１を設計直線ＬＯ１上に位置させれば良い。その機能とは、上述のような第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう対物レンズ３４Ｃを介して集光する第１の波長の光ビームの回折次数ｋｏの回折光を回折効率を高い状態で発生させるという機能である。ここで、第３の領域７３は、さらに第２の波長若しくは第３の波長、又は第２及び第３の波長、についてフレア化させるために、それぞれ対応するＰλ２，Ｐλ３について、故意にこの設計直線ＬＯ１上から乖離させるような設計直線を選択するようにすればよい。
【０１９４】
すなわち、Ｐλ２について設計直線から乖離させたような設計直線に基づき形成された対物レンズ３４Ｃを構成することにより、第２の波長の光ビームの当該回折次数の回折光を第２の光ディスクの信号記録面に焦点を結像させた状態からずらすことができる。そして、実質的に第２の光ディスクの信号記録面に集光される第２の波長の光ビームの光量を低減させることができ、これにより、上述の第２の波長の光ビームに対する開口制限を確実且つ良好に行うことを可能とする。また、Ｐλ３について設計直線から乖離させたような設計直線に基づき形成された対物レンズ３４Ｃを構成した場合も同様の効果が得られる。また、Ｐλ２及びＰλ３の両者について設計直線から乖離させたような設計直線に基づき形成された対物レンズ３４Ｃを構成することにより、対応する光ディスクの信号記録面に集光される第２及び第３の波長の光ビームの光量を低減させることを可能とする。
【０１９５】
具体的には、図３４に示すような（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋４，＋２，＋２）とした場合には、Ｐλ２及びＰλ３の両者が設計直線ＬＯ１から乖離されている。これにより、当初から期待されていた第３の回折領域７３に形成された回折構造により第２及び第３の波長の当該次数の回折光の回折効率を低減させる効果が得られる。これに加え、このフレア化の効果をさらに得て、これらの構成からさらに一層第２及び第３の光ディスクにそれぞれ入射してしまう第２及び第３の波長の光ビームの光量を抑えることを可能とする。
【０１９６】
ここで、外輪帯の回折次数の組み合わせと、回折構造の形状、ステップ数Ｓ及び溝深さｄを外輪帯構成例１，２として説明する。まず、外輪帯構成例１としては、（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋４，＋２，＋２）として、ブレーズ形状（Ｓ＝∞）で、溝深さｄ＝３．１（μｍ）とした。このとき、第１の波長の光ビームの回折次数ｋ１ｏ＝＋４の回折効率ｅｆｆ１＝１．０である。また、この領域を通過する第２の波長の光ビームの最大回折効率となる回折次数ｋ２ｏ＝＋２の回折効率ｅｆｆ２は、０．６程度存在するが、図３４を用いて上述したようにスポットがフレア化されるため、結像には寄与しない。さらに、この領域を通過する第３の波長の光ビームの最大回折効率となる回折次数ｋ３ｏ＝＋２の回折効率ｅｆｆ３は、１．０程度存在するが、図３４を用いて上述したようにスポットがフレア化されるため、結像には寄与しない。
【０１９７】
次に、この実施例１の外輪帯について図３５（ａ）〜図３５（ｃ）を用いて、さらに具体的に説明する。図３５（ａ）は、ステップ数Ｓ＝∞のブレーズ形状の溝深さｄを変化させた場合の、第１の波長の光ビームの＋４次回折光の回折効率の変化を示す図である。図３５（ｂ）は、ステップ数Ｓ＝∞のブレーズ形状の溝深さｄを変化させた場合の、第２の波長の光ビームの＋２次回折光の回折効率の変化を示す図である。図３５（ｃ）は、ステップ数Ｓ＝∞のブレーズ形状の溝深さｄを変化させた場合の、第３の波長の光ビームの＋２次回折光の回折効率の変化を示す図である。図３５（ａ）〜図３５（ｃ）中において横軸は、溝深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は、回折効率（光の強度）を示す図である。そして、横軸が３１００ｎｍの位置において、図３５（ａ）に示すように、ｅｆｆ１は、１．０である。また、この位置において、図３５（ｂ）に示すように、ｅｆｆ２は、０．６程度であるが、スポットがフレア化され、図３５（ｃ）に示すように、ｅｆｆ３は、１．０程度であるが、スポットがフレア化される。
【０１９８】
また、上述した実施例１の外輪帯においても、上述した実施例１の中輪帯の場合と同様に、対物レンズの設計直線を変動させて、第２及び第３の波長についてフレア化して、良好な開口制限を行うように構成している。具体的には、実施例１の外輪帯は、図３４に示すように、各回折次数（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋４，＋２，＋２）で各点Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３をプロットし、ＬＯ１に示すような設計直線を設定したものである。図３４において、第１の波長の設計点Ｐλ１は、設計直線ＬＯ１上に位置するために、回折次数ｋ１ｏの回折光の収差は略０となる。一方、第２及び第３の波長におけるプロットされた点Ｐλ２，Ｐλ３は、収差ゼロ設計点とはかなりの乖離を有しており、上述したようなフレア化されていることを示している。尚、図３４においては、（ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋２，＋２）のプロットしか示していないが、第２及び第３の波長においてその他の次数でも同様に設計直線ＬＯ１から乖離していることとなる。この結果、第２の波長においては収差が取れ残り、すなわち、結果としてこの外輪帯を通過した第２及び第３の波長の光ビームは信号記録面に結像しない。これにより、それぞれ第２及び第３の光ディスクに入射してしまう第２及び第３の波長の光ビームの光量を抑えることができる。この結果、図３５に示すように第２の波長の光ビームの回折効率が存在しても、この光ビームは結像に対して寄与せず、適切な開口制限（ＮＡ＝０．６）を実現することができる。また、図３５に示すように第３の波長の光ビームの回折効率が存在しても、この光ビームは結像に対して寄与せず、適切な開口制限（ＮＡ＝０．４５）を実現することができる。
【０１９９】
次に、外輪帯構成例２としては、（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋１，＋１，＋１）として、Ｓ＝∞としたブレーズ形状で、溝深さｄ＝０．８（μｍ）とした。このとき、第１の波長の光ビームの回折次数ｋ１ｏ＝＋１の回折効率ｅｆｆ１＝１．０である。また、この領域を通過する第２の波長の光ビームの最大回折効率となる回折次数ｋ２ｏ＝＋１の回折効率ｅｆｆ２は、０．６程度存在するが、上述したようにスポットがフレア化される（図３６参照）ため、結像には寄与しない。さらに、この領域を通過する第３の波長の光ビームの最大回折効率となる回折次数ｋ３ｏ＝＋１の回折効率ｅｆｆ３は、０．４程度存在するが、上述したようにスポットがフレア化されるため、結像には寄与しない。
【０２００】
さらに、外輪帯構成例２について、図３７（ａ）〜図３７（ｃ）を用いて、さらに具体的に説明する。図３７（ａ）は、ステップ数Ｓ＝∞のブレーズ形状の溝深さｄを変化させた場合の、第１の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示す図である。図３７（ｂ）は、ステップ数Ｓ＝∞のブレーズ形状の溝深さｄを変化させた場合の、第２の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示すとともに、不要光となる０次光の回折効率の変化を示す図である。図３７（ｃ）は、ステップ数Ｓ＝∞のブレーズ形状の溝深さｄを変化させた場合の、第３の波長の光ビームの＋１次回折光の回折効率の変化を示すとともに、不要光となる０次光の回折効率の変化を示す図である。図３７（ａ）〜図３７（ｃ）中において横軸は、溝深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は、回折効率（光の強度）を示す図である。そして、横軸が８００ｎｍの位置において、図３７（ａ）に示すように、ｅｆｆ１は、１．０である。また、この位置において、図３７（ｂ）に示すように、ｅｆｆ２は、０．６程度であるが、スポットがフレア化され、図３７（ｃ）に示すように、ｅｆｆ３は、０．４程度であるが、スポットがフレア化される。
【０２０１】
また、この外輪帯構成例２においても、上述した外輪帯構成例１の場合と同様に、対物レンズの設計直線を変動させて、第２及び第３の波長についてフレア化して、良好な開口制限を行うように構成している。具体的には、実施例２の外輪帯は、図３６に示すように、各回折次数（ｋ１ｏ，ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋１，＋１，＋１）で各点Ｐλ１，Ｐλ２，Ｐλ３をプロットし、ＬＯ２に示すような設計直線を設定したものである。図３６において、第１の波長の設計点Ｐλ１は、設計直線ＬＯ２上に位置するために、回折次数ｋ１ｏの回折光の収差は略０となる。一方、第２及び第３の波長におけるプロットされた点Ｐλ２，Ｐλ３は、収差ゼロ設計点とはかなりの乖離を有しており、上述したようなフレア化されていることを示している。尚、図３６においては、（ｋ２ｏ，ｋ３ｏ）＝（＋１，＋１）のプロットしか示していないが、第２及び第３の波長において、例えば０次光のようなその他の次数でも同様に設計直線ＬＯ２から乖離していることとなる。この結果、第２及び第３の波長においては収差が取れ残り、すなわち、結果としてこの外輪帯を通過した第２及び第３の波長の光ビームは信号記録面に結像しない。これにより、それぞれ第２及び第３の光ディスクに入射してしまう第２及び第３の波長の光ビームの光量を抑えることができる。この結果、図３７に示すように第２の波長の光ビームの回折効率が存在しても、これらの光ビームは結像に対して寄与せず、適切な開口制限（ＮＡ＝０．６）を実現することができる。また、図３７に示すように第３の波長の光ビームの回折効率が存在しても、この光ビームは結像に対して寄与せず、適切な開口制限（ＮＡ＝０．４５）を実現することができる。
【０２０２】
以上のような構成とされた第１乃至第３の領域５１，５２，７３を有する回折部７０は、各領域を通過する各波長の光ビームに所定の作用を付与する。回折部７０は、第１の領域５１を通過する第１乃至第３の波長の光ビームを、３波長に共通の対物レンズ３４Ｃの屈折力によりそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部７０は、対物レンズ３４Ｃの屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、回折部７０は、第２の領域５２を通過する第１及び第２の波長の光ビームを、共通の対物レンズ３４Ｃの屈折力によりそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部７０は、対物レンズ３４Ｃの屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、回折部７０は、第３の領域７３を通過する第１の波長の光ビームを対物レンズ３４Ｃの屈折力により対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部７０は、対物レンズ３４Ｃの屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。
【０２０３】
すなわち、光ピックアップ３の光学系における第１乃至第３の出射部と信号記録面との間の光路上に配置される対物レンズ３４Ｃの一面に設けられた回折部７０は、以下のような効果を有する。回折部７０は、それぞれの領域（第１乃至第３の領域５１，５２，７３）を通過するそれぞれの波長の光ビームを信号記録面に発生する球面収差を低減する状態となるように回折力を付与することができる。これにより回折部７０は、光ピックアップ３において第１乃至第３の波長の光ビームを共通の対物レンズ３４Ｃを用いてそれぞれ対応する光ディスクの信号記録面に集光させたときの信号記録面に発生する球面収差を極限まで低減することができる。すなわち、回折部７０は、３種類の光ディスクに対して３種類の波長と共通の対物レンズ３４Ｃとを用いた光ピックアップの３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して適切に情報信号の記録及び／又は再生を可能とする。
【０２０４】
また、対物レンズ３４Ｃの一面に設けられた回折部７０と、この回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃとは、第１及び第２の領域５１，５２の機能や、第３の領域７３の機能により、上述した回折部５０やこれを有する対物レンズ３４と同様の機能、効果を有する。すなわち、第１及び第２の領域５１，５２において、それぞれ良好な機能を発揮できる構成とされるとともに、その組み合わせとしても最適な構成とされている。これにより、不要光乖離特性と製造容易性とを両立するとともに高い光利用効率を達成できる。換言すると、回折部７０は、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）が上述した回折部５０と同様であるため、回折部５０と同様の機能や効果を得ることができる。また、回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃは、上述した次数の組み合わせＡ〜Ｅのそれぞれに適したステップ数Ｓ、溝深さｄ’及び焦点距離ｆ１が規定されることにより、上述の回折部５０及び対物レンズ３４と同様の効果を得ることができる。また、回折部７０及び対物レンズ３４Ｃは、第１及び第２の領域５１，５２で所定の次数の回折光が支配的となるように構成することにより、上述のような機能を有する。すなわち、回折部７０及び対物レンズ３４Ｃは、高い光利用効率を得ることや、良好なスポットを集光できることや、所定の開口制限を発揮させること等の機能を有する。この際に、外輪帯である第３の領域７３においてフレア化の効果を得ることにより良好な開口制限機能を達成することも可能である。
【０２０５】
〔５．本発明を適用した光ピックアップに用いられる回折部の例について（〔３．〕の変形例）〕
次に、本発明を適用した光ピックアップ３に用いられる回折部５０の構成例について図６を用いて説明する。
【０２０６】
上述の〔３．〕では、図６（ａ）に示すように、対物レンズ３４の入射側の面に、３つの領域５１，５２，５３からなる回折部５０等を設けるように構成したが、これに限られるものではなく、回折部５０は、対物レンズ３４の出射側の面に設けてもよい。さらに、第１乃至第３の領域５１，５２，５３を有する回折部５０は、対物レンズとは別体に設けた光学素子の入射側又は出射側の面に一体に設けるように構成してもよい。この場合、第３の領域５３の屈折作用は、対物レンズ側に付与されるとともに、第１及び第２の領域５１，５２に相当する回折作用が当該別体の光学素子に付与されることとなる。
【０２０７】
例えば、図６（ｂ）に示すように、上述した対物レンズ３４から回折部５０を除いたようなレンズ曲面のみを有する対物レンズ３４Ｂと、回折部５０が一方の面に設けられ、３波長に共通の光路上に配置される回折光学素子３５Ｂとを設けるようにしてもよい。そして、この対物レンズ３４Ｂと回折光学素子３５Ｂとから集光光学デバイスを構成するようにしてもよい。
【０２０８】
上述の図６（ａ）に示す対物レンズ３４においては、対物レンズの屈折力の機能として要求される入射側の面の面形状を基準として、これに回折力の機能として要求される回折構造の面形状を合わせたような面形状が形成されていた。これに対し、図６（ｂ）に示すような別体の回折光学素子３５Ｂを設ける場合には、対物レンズ３４Ｂ自体が、屈折力の機能として要求される面形状とされる。それとともに、回折光学素子３５Ｂの一方の面に回折力の機能として要求される回折構造の面形状が形成されることとなる。
【０２０９】
図６（ｂ）に示すような対物レンズ３４Ｂ及び回折光学素子３５Ｂは、集光光学デバイスとして上述した対物レンズ３４と同様に機能して、光ピックアップ３に用いられることにより収差等を低減して光ピックアップの３波長互換を実現する。それとともに、対物レンズ３４Ｂ及び回折光学素子３５Ｂは、部品点数を削減して、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現するという効果を発揮する。さらに、対物レンズ３４に一体に設ける場合に比べて回折構造を複雑にすることが可能である。その一方で、上述で述べた図６（ａ）の場合は、１つの素子（対物レンズ３４）のみで、３つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。よって、回折部５０を対物レンズ３４に一体に設けることにより、さらなる光学部品の削減、及び構成の小型化を可能とする。尚、上述した回折部５０は、従来困難であった３波長互換のための収差補正用の回折構造を一面に設けるだけで十分であるので、上述のような屈折素子としての対物レンズ３４に一体に形成することを可能とする。これによりプラスチックレンズに回折面を直接形成する構成を可能とし、回折部５０を一体化した対物レンズ３４をプラスチック材料により構成することでより高生産性、低コスト化を実現する。尚、ここで図６を用いて説明した変形例については、回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃについても同様である。
【０２１０】
〔６．本発明を適用した光ピックアップに用いられる回折部の他の例について（〔４．〕の変形例）〕
次に、本発明を適用した光ピックアップ３に用いられる回折部７０の構成例について図７を用いて説明する。
【０２１１】
上述の〔４．〕では、図７（ａ）に示すように、対物レンズ３４Ｃの入射側の面に、３つの領域５１，５２，７３からなる回折部７０を設けるように構成したが、これに限られるものではなく、回折部７０は、対物レンズ３４Ｃの出射側の面に設けてもよい。さらに、第１乃至第３の領域５１，５２，７３を有する回折部７０は、対物レンズとは別体に設けた光学素子の入射側又は出射側の面に一体に設けるように構成してもよい。
【０２１２】
例えば、図７（ｂ）に示すように、上述した対物レンズ３４Ｃから回折部７０を除いたようなレンズ曲面のみを有する対物レンズ３４Ｄと、回折部７０が一方の面に設けられ、３波長に共通の光路上に配置される回折光学素子３５Ｄとを設けるようにしてもよい。そして、この対物レンズ３４Ｄと回折光学素子３５Ｄとから集光光学デバイスを構成するようにしてもよい。
【０２１３】
上述の図７（ａ）に示す対物レンズ３４Ｃにおいては、対物レンズの屈折力の機能として要求される入射側の面の面形状を基準として、これに回折力の機能として要求される回折構造の面形状を合わせたような面形状が形成されていた。これに対し、図７（ｂ）に示すような別体の回折光学素子３５Ｄを設ける場合には、対物レンズ３４Ｄ自体が、屈折力の機能として要求される面形状とされる。それとともに、回折光学素子３５Ｄの一方の面に回折力の機能として要求される回折構造の面形状が形成されることとなる。
【０２１４】
図７（ｂ）に示すような対物レンズ３４Ｄ及び回折光学素子３５Ｄは、集光光学デバイスとして上述した対物レンズ３４Ｃと同様に機能して、光ピックアップ３に用いられることにより収差等を低減して光ピックアップの３波長互換を実現する。それとともに、対物レンズ３４Ｄ及び回折光学素子３５Ｄは、部品点数を削減して、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現するという効果を発揮する。さらに、対物レンズ３４Ｃに一体に設ける場合に比べて回折構造を複雑にすることが可能である。その一方で、上述で述べた図７（ａ）の場合は、１つの素子（対物レンズ３４Ｃ）のみで、３つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。よって、回折部７０を対物レンズ３４Ｃに一体に設けることにより、さらなる光学部品の削減、及び構成の小型化を可能とする。尚、上述した回折部７０は、従来困難であった３波長互換のための収差補正用の回折構造を一面に設けるだけで十分であるので、上述のような屈折素子としての対物レンズ３４Ｃに一体に形成することを可能とする。これによりプラスチックレンズに回折面を直接形成する構成を可能とし、回折部７０を一体化した対物レンズ３４Ｃをプラスチック材料により構成することでより高生産性、低コスト化を実現する。
【０２１５】
〔７．対物レンズの実施例〕
次に、第１乃至第３の領域５１，５２，５３を有する回折部５０を有する対物レンズ３４について具体的な数値を挙げた実施例１，２について説明する。また、第１乃至第３の領域５１，５２，７３を有する回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃについて具体的な数値を挙げた実施例３，４について説明する。以下、表５で示される実施例１、表６で示される実施例２、表７で示される実施例３、表８で示される実施例４について説明する。
【０２１６】
後述で示す表５〜表８においては、メディア種類として、ＢＤ等の第１の光ディスク、ＤＶＤ等の第２の光ディスク、ＣＤ等の第３の光ディスクを示した。また、各波長、各保護層厚さ、焦点距離ｆ、ＮＡ及び入射倍率を表中に示す。また、面番号は、各面の番号を示すものであり、すなわち、０面は、光源の位置を示すものであり、無限（∞）である場合は、平行光入射であることを示すとともに、無限でない場合は、僅かに斜め方向から入射することを示す。また、１面は、絞り面を示す、この絞り径は、最大開口である第１の光ディスク（ＢＤ等）のものであり、φ３．４２ｍｍ程度である。ここで、第２及び第３の光ディスクに対しては、上述のような中輪帯や外輪帯による開口制限機能による所謂セルフアパーチャとして機能するため、表中の数値程度まで、開口制限機能により制限されることを示している。また、２−１面、２−２面、２−３面は、それぞれ内輪帯、中輪帯、外輪帯を示すものであり、実際のレンズにおいては１面であるが、上述した図３３で説明したように構成されている。３面は、対物レンズの出射面を示す。４面は、対物レンズから光ディスク表面までの距離を示し、所謂作動距離（ＷＤ，ワーキングディスタンス）を示すものである。また、５面は、光ディスクを示しており、それぞれ波長に応じた屈折率を有するとともに、メディア毎に異なる保護層厚さを有することを示している。各面における屈折率ｎλ１、ｎλ２、ｎλ３は、その面より後方の屈折率を示し、各面における面間隔ｄλ１、ｄλ２、ｄλ３は、その面から次の面までの距離を示している。また、ｒｉ（ｉ＝２−１，２−２，２−３，３）は、それぞれの面の曲率半径を示している。また、ＢＤ等の第１の光ディスクの面間隔ｄλ１、第１の波長に対する屈折率ｎλ１、ＤＶＤ等の第２の光ディスクの面間隔ｄλ２、第２の波長に対する屈折率ｎλ２、ＣＤ等の第３の光ディスクの面間隔ｄλ３、第３の波長に対する屈折率ｎλ３を示す。さらに、表１３〜１５には、上述したｈを領域（ｍｍ）として示すとともに、非球面係数ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、・・・、回折次数、設計波長（ｎｍ）、位相差関数係数Ｃｎ、「２−１面との軸上面間距離」を示す。また、回折次数については、例えば、２−１面における「１／−２／−３」は、内輪帯において第１の波長について１次、第２の波長について−２次、第３の波長について−３次が上述のように支配的となるように選択していることを示している。また、２−２面における「０／−１」は、中輪帯において第１の波長について０次、第２の波長について−１次が上述のように支配的となるように選択していることを示している。また、表５，６においては、外輪帯の２−３面が上述のように屈折面として構成されるため、空欄としている。一方、表７，８の２−３面における「４」は、外輪帯において第１の波長について４次が上述のように支配的となるように選択していることを示している。２−１面との軸上面間距離は、上述の式（９）におけるΔｚを示すものであり、２−１面では、０とするとともに、３面では、レンズの光軸上での厚みを示すものとなっている。
【０２１７】
また、各実施例において示す縦収差図については、図３８を用いて説明する。尚、図３８（ａ）及び図３８（ｂ）において、ｘ軸方向は、光軸方向を示し、ｙ軸方向は、像高すなわち光軸に直交する方向に向けた光軸からの高さを示すものである。図３８（ａ）に示すように、一般的に収差がないレンズを通過した光ビームは、レンズの光軸に直交する方向における入射位置に関わらず、同一の像面に集光され、すなわち、近軸像点位置Ａ０に一致して集光されている。その一方で、例えば図３８（ｂ）に示すように、収差があるレンズを通過した光ビームは、レンズの光軸に直交する方向における入射位置に応じて、異なる像面に集光され、すなわち、近軸像点位置Ｂ０に対してｘ軸方向にずれた位置に集光されている。このとき、縦収差の状態を示す線ＬＢは、光ビームの入射位置の光軸からの高さ（像高）をｙ軸にとり、この光軸からの高さの位置に入射した光線による像面が主光線である光軸と交わる位置をｘ軸に取った例えば各点Ｂ１〜Ｂ７を結んだ曲線により示される。具体的には、光軸からの高さ位置ｙ１で入射した光線が位置ｘ１で光軸と交わっていることから、座標（ｘ１，ｙ１）であるＢ１が得られる。また、光軸からの高さ位置ｙ２で入射した光線が位置ｘ２で光軸と交わっていることから、座標（ｘ２，ｙ２）であるＢ２が得られる。Ｂ３〜Ｂ７についても同様に得られるものであるがここでは詳細な説明を省略する。同様に、図３８（ａ）に示すようなレンズにおいて、縦収差の状態を示す線ＬＡは、上述した線ＬＢと同様に、示されるものである。すなわち、線ＬＡは、光ビームの入射位置の光軸からの高さをｙ軸にとり、この光軸からの高さの位置に入射した光線が光軸と交わる位置に取った例えばＡ１〜Ａ７を結んだ直線により示される。尚、図３８（ａ）の場合には、ｙ軸の位置によらず、光軸と交わるｘ軸の位置は常に一定であるので縦収差の状態を示す線ＬＡは、ｙ軸に一致する。そして、一般的に縦収差の状態を示す線は、図３８（ａ）に示すようなｙ軸に一致又は可能な限り近接した状態が収差がない状態又は収差が少ない状態であるといえる。
【０２１８】
以上のことを踏まえて、まず、表５で示される実施例１について説明する。かかる実施例１は、非球面連続面とされた第３の領域５３を有する回折部５０及び対物レンズ３４に対応するものである。この実施例１に対応する縦収差図を図３９〜図４１に示す。この図３９〜図４１並びに後述の図４２〜５０において縦軸は、ＮＡを示し、横軸は、デフォーカス（「ｄｅｆｏｃｕｓ」）（ｍｍ）を示す。ここで、ＮＡは、ＢＤ等の第１の光ディスクにおける波長、すなわち第１の波長におけるものに換算されている。すなわち、ＮＡ１×ｆ１＝ＮＡ２×ｆ２＝ＮＡ３×ｆ３の関係を用いて換算したものである。ＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３は、それぞれ第１乃至第３の光ディスクの開口数ＮＡを示し、ｆ１、ｆ２、ｆ３は、それぞれ、第１乃至第３の光ディスクに対応する第１乃至第３の波長における焦点距離を示す。そして、この関係を用いたとき、ＤＶＤ等の第２の光ディスクに対する第２の波長における開口数は、第１の波長におけるものに換算すると０．６５程度となる。同様に、ＣＤ等の第３の光ディスクに対する第３の波長における開口数は、第１の波長のものに換算すると０．５程度となる。
【０２１９】
【表５】
2010198717.tif 000013
【０２２０】
実施例１においては、図３９に、ＢＤ等の第１の光ディスクに対する第１の波長においては、略無収差で結像していることが示されている。また、図４０に、ＤＶＤ等の第２の光ディスクに対する第２の波長においては、ＮＡ０．６より外側の部分で、結像が外れていることが示されている。ここでは、第２の光ディスクに対する第２の波長において、ＮＡ０．６以上の部分である外輪帯の部分における不要光の乖離が大きいことを意味しており、開口制限の機能を良好に発揮しているといえる。さらに、図４１に、ＣＤ等の第３の光ディスクに対する第３の波長においては、換算ＮＡ０．４７程度より外側では完全に外れた状態であることが示されており、すなわち、適切に開口制限の機能が発揮されていることが示されている。
【０２２１】
次に、表６で示される実施例２について説明する。この実施例２に対応する縦収差図を図４２〜図４４に示す。かかる実施例２は、非球面連続面とされた第３の領域５３を有する回折部５０に対応するものである。
【０２２２】
【表６】
2010198717.tif 000014
【０２２３】
実施例２において、図４２に、第１の光ディスクに対する第１の波長においては、略無収差で結像していることが示されている。また、図４３に、第２の光ディスクに対する第２の波長においては、ＮＡ０．６５以上の部分で、結像が外れていることが示されている。さらに、図４４に、第３の光ディスクに対する第３の波長においては、ＮＡ０．５より外側で完全に外れた状態であることが示されており、すなわち、適切に開口制限機能が発揮されていることが示されている。この実施例２では、第３の波長の外輪帯部分が回折機能を有さず１００％の効率を有する不要光であるが、軸上方向に約０．２ｍｍにわたって光が分散しているため、十分にフレア化がなされているといえる。これにより、開口制限の機能が十分に発揮されていることが確認できる。
【０２２４】
次に、表７で示される実施例３について説明する。この実施例３に対応する縦収差図を図４５〜図４７に示す。かかる実施例３は、回折領域である第３の領域７３を有する回折部７０に対応するものである。
【０２２５】
【表７】
2010198717.tif 000015
【０２２６】
実施例３において、図４５に、第１の光ディスクに対する第１の波長においては、略無収差で結像していることが示されている。また、図４６に、第２の光ディスクに対する第２の波長においては、ＮＡ０．６５より外側の部分で、結像が外れていることが示されている。この実施例３では、特に、第２の光ディスクに対する第２の波長においては、ＮＡ０．６５以上の部分である外輪帯の部分における不要光の乖離が大きいことを意味しており、開口制限の機能を非常に良好に発揮しているといえる。さらに、図４７に、第３の光ディスクに対する第３の波長においては、ＮＡ０．５より外側で完全に外れた状態であることが示されており、すなわち、適切に開口制限機能が発揮されていることが示されている。  
【０２２７】
次に、表８で示される実施例４について説明する。この実施例４に対応する縦収差図を図４８〜図５０に示す。かかる実施例４は、回折領域である第３の領域７３を有する回折部７０に対応するものである。
【０２２８】
【表８】
2010198717.tif 000016
【０２２９】
実施例４において、図４８に、第１の光ディスクに対する第１の波長においては、略無収差で結像していることが示されている。また、図４９に、第２の光ディスクに対する第２の波長においては、ＮＡ０．６より外側の部分で、結像が外れていることが示されている。さらに、図５０に、第３の光ディスクに対する第３の波長においては、ＮＡ０．４５より外側で完全に外れた状態であることが示されており、すなわち、適切に開口制限機能が発揮されていることが示されている。
【０２３０】
以上のように実施例１〜４の対物レンズでは、いずれも内輪帯、中輪帯及び外輪帯が上述した機能を発揮できることが確認できた。すなわち、実施例１〜４の対物レンズでは、異なる複数種類の光ディスクに対する互換性である３波長互換も実現でき、さらに開口制限機能も発揮できることが確認できた。
【０２３１】
本発明を適用した対物レンズ３４，３４Ｃは、光ビームを出射する出射部と光ディスクの信号記録面との間の光路上に配置され、かかる対物レンズ３４，３４Ｃの一面に設けられた回折部５０，７０により、以下の効果を奏する。すなわち、対物レンズ３４，３４Ｃは、回折部５０，７０によりそれぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。この際、回折次数の組み合わせＡ〜Ｅや、ステップ数Ｓ、溝深さｄ、焦点距離ｆ１を規定した場合の効果は、上述したとおりである。よって、本発明を適用した対物レンズ３４，３４Ｃは、構成を複雑にすることなく、対物レンズを共通とした３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して良好な信号の記録及び／又は再生を実現する。
【０２３２】
〔８．本発明を適用した光ピックアップについて〕
本発明を適用した光ピックアップ３は、上述した対物レンズ３４等の一方の面に設けられ、第１乃至第３の領域５１，５２，５３を有する回折部５０により、各波長の光ビームに対して領域毎に最適な回折効率及び回折角を与えることができる。また、光ピックアップ３は、対物レンズ３４Ｃ等の一方の面に設けられ、第１乃至第３の領域５１，５２，７３を有する回折部７０により、各波長の光ビームに対して領域毎に最適な回折効率及び回折角を与えることができる。これにより、光ピックアップ３は、保護層の厚さ等のフォーマットが異なる３種類の第１乃至第３の光ディスク１１，１２，１３の信号記録面における球面収差を十分に低減できる。よって、光ピックアップ３は、異なる３波長の光ビームを用いて、複数種類の光ディスク１１，１２，１３に対して信号の読み取り及び書き込みを可能とする。
【０２３３】
また、上述の光ピックアップ３を構成する、図６（ａ）、図７（ａ）に示した回折部５０，７０を有する対物レンズ３４，３４Ｃは、入射した光ビームを所定の位置に集光させる集光光学装置（集光光学デバイス）として機能することができる。同様に、図６（ｂ）、図７（ｂ）を用いて説明した回折部５０，７０を有する回折光学素子３５Ｂ，３５Ｄ及び対物レンズ３４Ｂ、３４Ｄは、集光光学装置（集光光学デバイス）として機能することができる。この集光光学装置は、対物レンズ３４、３４Ｃ又は回折光学素子３５Ｂ、３５Ｄの一方の面に設けられる回折部５０、７０により、異なる３種類の光ディスクに対して光ビームを照射して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップに適用可能である。そしてこの集光光学装置は、光ピックアップに用いられた場合に、３種類の光ディスクの信号記録面に対応する光ビームを球面収差を十分に低減した状態で適切に集光することを可能とする。すなわち、かかる集光光学装置は、３波長に対して共通の対物レンズ３４、又は対物レンズ３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄを用いる光ピックアップの３波長互換を可能とする。
【０２３４】
また、図６（ｂ）、図７（ｂ）を用いて説明した回折部５０，７０を有する回折光学素子３５Ｂ，３５Ｄ及び対物レンズ３４Ｂ，３４Ｄは、例えば、一体となるように、アクチュエータに設けるように構成してもよい。このアクチュエータのレンズホルダに組み付ける際の組み付け精度を高めるとともに組付けを容易にするためにかかる回折光学素子及び対物レンズをユニット状にして一体としたような集光光学ユニットとして構成してもよい。例えば、回折光学素子３５Ｂ及び対物レンズ３４Ｂを、スペーサ等を用いて、位置、間隔及び光軸を合わせながらホルダにより固定することで一体化して集光光学ユニットを構成できる。かかる対物レンズ駆動機構に一体に組み付けられる構成は、例えばトラッキング方向へ変位される等の視野振りの際にも第１乃至第３の波長の光ビームの球面収差を低減させた状態で各光ディスクの信号記録面に適切に集光することを可能とする。
【０２３５】
次に、上述のように構成された光ピックアップ３における、第１乃至第３の光源部３１，３２，３３から出射された光ビームの光路について、図２を用いて説明する。ここでは、対物レンズ３４を用いる場合の例について説明するが、他の対物レンズ３４Ｃ等を用いた場合も同様である。まず、第１の光ディスク１１に対して第１の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０２３６】
光ディスク２の種類が第１の光ディスク１１であることを判別したディスク種類判別部２２は、第１の光源部３１の第１の出射部から第１の波長の光ビームを出射させる。
【０２３７】
第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームは、第１のグレーティング３９によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第２のビームスプリッタ３７に入射される。第２のビームスプリッタ３７に入射された第１の波長の光ビームは、そのミラー面３７ａで反射され、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０２３８】
第３のビームスプリッタ３８に入射された第１の波長の光ビームは、そのミラー面３８ａを透過されて、コリメータレンズ４２側に出射され、コリメータレンズ４２により発散角を変換されて略平行光とされる。次いで、１／４波長板４３に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４４で反射されて対物レンズ３４側に出射される。
【０２３９】
対物レンズ３４に入射した第１の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１及び第２の領域５１，５２により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のように所定の回折次数が支配的となるように回折される。それとともに、対物レンズ３４のレンズ曲面の屈折力により、第１の光ディスク１１の信号記録面に適切に集光される。このとき、第１の波長の光ビームは、各領域５１，５２，５３を通過した光ビームが球面収差を低減できるような状態となるような回折力及び屈折力が付与されていることにより適切に集光される。尚、対物レンズ３４から出射される第１の波長の光ビームは、所定の回折力が付与された状態とされているのみならず、開口制限された状態とされている。
【０２４０】
第１の光ディスク１１で集光された光ビームは、信号記録面で反射し、対物レンズ３４、立ち上げミラー４４、１／４波長板４３，コリメータレンズ４２を経由して、第３のビームスプリッタ３８のミラー面３８ａにより反射されて光検出器４５側に出射される。
【０２４１】
第３のビームスプリッタ３８により反射された往路の光ビームから光路分岐された光ビームは、マルチレンズ４６により光検出器４５に受光面に集束されて検出される。
【０２４２】
次に、第２の光ディスク１２に対して第２の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０２４３】
光ディスク２の種類が第２の光ディスク１２であることを判別したディスク種類判別部２２は、第２の光源部３２の第２の出射部から第２の波長の光ビームを出射させる。
【０２４４】
第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームは、第２のグレーティング４０によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第１のビームスプリッタ３６に入射される。第１のビームスプリッタ３６に入射された第２の波長の光ビームは、そのミラー面３６ａを透過され、第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａも透過され、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０２４５】
第３のビームスプリッタ３８に入射された第２の波長の光ビームは、そのミラー面３８ａを透過されて、コリメータレンズ４２側に出射され、コリメータレンズ４２により発散角を変換されて拡散光の状態とされる。次いで、１／４波長板４３に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４４で反射されて対物レンズ３４側に出射される。
【０２４６】
対物レンズ３４に入射した第２の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１及び第２の領域５１，５２により、各領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のような所定の回折次数が支配的となるように回折される。それとともに、対物レンズ３４のレンズ曲面の屈折力により、第２の光ディスク１２の信号記録面に適切に集光される。このとき、第２の波長の光ビームは、第１及び第２の領域５１，５２を通過した光ビームが球面収差を低減できるような状態となるような回折力が付与されていることにより適切に集光される。尚、第３の領域５３を通過する第２の波長の光ビームは、上述の作用により、第２の光ディスク１２の信号記録面に集光されない状態とされており、すなわち適切に開口制限の効果が得られる状態とされている。
【０２４７】
第２の光ディスク１２の信号記録面で反射された光ビームの復路側の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。
【０２４８】
次に、第３の光ディスク１３に対して第３の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０２４９】
光ディスク２の種類が第３の光ディスク１３であることを判別したディスク種類判別部２２は、第３の光源部３３の第３の出射部から第３の波長の光ビームを出射させる。
【０２５０】
第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームは、第３のグレーティング４１によりトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに分割され、第１のビームスプリッタ３６に入射される。第１のビームスプリッタ３６に入射された第３の波長の光ビームは、そのミラー面３６ａで反射され、第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａを透過され、第３のビームスプリッタ３８側に出射される。
【０２５１】
第３のビームスプリッタ３８に入射された第３の波長の光ビームは、そのミラー面３８ａを透過されて、コリメータレンズ４２側に出射され、コリメータレンズ４２により発散角を変換されて拡散光の状態とされる。次いで、１／４波長板４３に所定の位相差を付与され、立ち上げミラー４４で反射されて対物レンズ３４側に出射される。
【０２５２】
対物レンズ３４に入射した第３の波長の光ビームは、その入射側の面に設けられた回折部５０の第１の領域５１により、この領域を通過した光ビームがそれぞれ上述のような所定の回折次数が支配的となるように回折される。それとともに、対物レンズ３４のレンズ曲面の屈折力により、第３の光ディスク１３の信号記録面に適切に集光される。このとき、第３の波長の光ビームは、第１の領域５１を通過した光ビームが球面収差を低減できるような状態となるような回折力が付与されていることにより適切に集光される。尚、第３の波長の光ビームが第２の領域５２を通過することにより発生した回折光は、上述のフレア化の効果により、第３の光ディスク１３の信号記録面に集光されない状態とされており、すなわち適切に開口制限の効果が得られる状態とされている。また、第３の領域５３を通過する第３の波長の光ビームは、上述の非球面連続面の作用により、第３の光ディスク１３の信号記録面に集光されない状態とされており、すなわち適切に開口制限の効果が得られる状態とされている。
【０２５３】
第３の光ディスク１３の信号記録面で反射された光ビームの復路側の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。
【０２５４】
尚、ここでは第２、第３の波長の光ビームは、第２、第３の出射部の配置を調整することでコリメータレンズ４２により発散角を変換され対物レンズに入射される光ビームを略平行光の状態に対して拡散した状態となるように構成したがこれに限られるものではない。すなわち、波長選択性を有して発散角を変換する素子を設けることにより、又はコリメータレンズ４２を光軸方向に駆動するような手段を設けることにより、拡散若しくは収束した状態で対物レンズ３４に入射するように構成してもよい。
【０２５５】
また、ここでは、第１の波長の光ビームが、略平行光の状態で対物レンズ３４に入射されるとともに、第２及び第３の波長の光ビームが、拡散光の状態で対物レンズ３４に入射されるように構成したが、これに限られるものではない。例えば、第１乃至第３の波長の光ビーム全てを平行光の状態で、又は、第１乃至第３の波長の光ビームの内、いずれか又は全部の光ビームを発散光又は集束光の状態で対物レンズ３４に入射するように構成してもよい。
【０２５６】
本発明を適用した光ピックアップ３は、第１乃至第３の波長の光ビームを出射する第１乃至第３の出射部と、対物レンズ３４等と、往路の光路上に配置される光学素子としての対物レンズ３４等の一方の面に設けられる回折部５０等とを備える。そして、この回折部５０等が第１乃至第３の領域５１，５２，５３，７３を有し、第１及び第２の領域５１，５２が、輪帯状で且つ所定の深さを有するそれぞれ異なる回折構造とされる。また、この第１及び第２の領域５１，５２が、各波長の光ビームに対して上述のような所定の回折次数（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）の回折光が支配的となるように発生させる第１及び第２の回折構造を有するように構成される。また、第３の領域５３，７３も上述したような所定の屈折機能又は回折機能と、開口制限機能を有している。光ピックアップ３は、かかる特徴的な構成により、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。よって、光ピックアップ３は、構成を複雑にすることなく、対物レンズ３４等を共通とした３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して良好な情報信号の記録及び／又は再生を実現する。
【０２５７】
すなわち、本発明を適用した光ピックアップ３は、第１乃至第３の波長の光ビームの光路内の一面に設けられた回折部５０，７０により最適な回折効率及び回折角を得ることで、異なる波長の光ビームを用いて、信号の読み取り及び書き込みを可能とする。すなわち、光ピックアップ３は、複数種類の光ディスク１１，１２，１３に対して３波長互換を可能とするとともに、対物レンズ３４等の光学部品を共通化することができる。これにより、光ピックアップ３は、部品点数を削減して、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現する。
【０２５８】
そして、本発明を適用した光ピックアップ３は、内輪帯としての第１の領域５１による次数（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ）が上述のように第１乃至第４の観点から選択された組み合わせとなるように規定されていることから次の効果を得ることができる。光ピックアップ３は、第１の観点で述べたような各波長における球面収差を低減でき、第２の観点で述べたような各波長における作動距離及び焦点距離を最適なものにでき、第３及び第４の観点で述べたような対物レンズ３４等について製造上有利な構成とできる。すなわち、光ピックアップ３は、回折部５０，７０が適切に球面収差を低減できる次数の回折光を支配的とすることで、各波長の光ビームを対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、光ピックアップ３は、対物レンズ３４等が各波長の光ビームを使用する場合の作動距離と、各波長に対する焦点距離を適切な状態にすることができる。すなわち、光ピックアップ３は、対物レンズ３４等が第３の波長λ３を使用する場合の作動距離を確保するために第１の波長λ１に対する焦点距離が長くなり過ぎることを防止して、対物レンズのレンズ径が大きくなることを防止できる。これにより、光ピックアップ全体の小型化を実現する。また、光ピックアップ３は、対物レンズ３４等が必要となる溝深さが深くなりすぎることを防止する製造上有利な構成であるので、製造工程を簡素化できるとともに、対物レンズ３４等の形成精度の悪化を防止することができる。さらに、光ピックアップ３は、回折部５０等において、各波長のそれぞれ選択された回折次数の回折効率を十分に高く設定できる。また、光ピックアップ３は、対物レンズ３４等が、階段形状での構成を可能とすることから不要光の回折効率を抑えるとともに、隣接回折次数の回折効率を低くできることから、不要光の悪影響を極力抑えることを実現できる。よって、光ピックアップ３は、回折部５０等を有する対物レンズ３４等が、より具体的な構成を考慮して小型化や構成の有利さ等を考慮した上で、より有利な構成で、高い光利用効率で対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることを実現する。よって、光ピックアップ３は、対物レンズ３４等により、３種類の光ディスクに対して３種類の波長と共通の対物レンズを用いた光ピックアップの３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して適切に情報信号の記録及び／又は再生を可能とする。
【０２５９】
さらに、本発明を適用した光ピックアップ３は、中輪帯としての第２の領域５２が上述の第１乃至第６の観点から選択された組み合わせとなるように規定されていることから次の効果を得ることができる。すなわち、光ピックアップ３は、回折部５０，７０の中輪帯において、第１の観点で述べたように第１及び第２の波長において球面収差を低減できるとともに、第３の波長において適切な開口制限を可能とする。また、光ピックアップ３は、対物レンズ３４等の中輪帯において、第４及び第５の観点で述べたように、製造上有利な構成とできる。さらに、光ピックアップ３は、かかる第２の領域５２を有することで、第１及び第２の波長に対しては球面収差を補正した状態で高い回折効率を得ることができるとともに第３の波長に対しては適切に開口制限を行うことを実現する。よって、光ピックアップ３は、この回折部５０等により、構成の有利さ等を考慮した上で、より有利な構成で、高い光利用効率で対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることを実現する。さらにまた、光ピックアップ３は、中輪帯において、第２，第３及び第６の観点で述べたように、内輪帯を考慮した構成とすることにより、回折部５０等全体として良好な特性を発揮できる。
【０２６０】
具体的に、光ピックアップ３は、回折部５０，７０における（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）が上述した組み合わせＡ〜Ｅのいずれかとされている。これにより、光ピックアップ３は、内輪帯及び中輪帯においてその機能を適切に発揮できるとともに、その組み合わせとしても最適な構成とされている。このように、光ピックアップ３は、回折部５０等や対物レンズ３４等において、不要光乖離特性と製造容易性とを両立するとともに高い光利用効率を達成した構造とされている。光ピックアップ３は、かかる回折部５０等を有することにより、対物レンズや光学部品の構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０２６１】
さらに、光ピックアップ３は、上述の組み合わせＡ〜Ｅに応じて、最適なステップ数Ｓ、溝深さｄ’及び焦点距離ｆ１を規定することにより、次の効果を得ることができる。光ピックアップ３は、かかる具体的構成を有する回折部５０，７０を備えることにより、内輪帯及び中輪帯においてその両機能を確実に発揮することを可能とする。すなわち、光ピックアップ３は、回折部の内輪帯である第１の領域５１が、第１乃至第３の波長の光ビームを、高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光できる。また、光ピックアップ３は、回折部の中輪帯である第２の領域５２が、第１乃至第２の波長の光ビームを高い光利用効率で対応する光ディスクに適切に集光するとともに、第３の波長の光ビームに対して適切に開口制限できる。以上のように、光ピックアップ３は、回折部５０等が、不要光乖離特性と製造容易性を両立するとともに高い光利用効率を実現するので、構成を複雑にすることなく３波長互換を実現する。
【０２６２】
また、本発明を適用した光ピックアップ３は、回折部５０，７０の外輪帯として所謂非球面連続面とされた第３の領域５３や、第３の回折構造を有する第３の領域７３を有している。かかる光ピックアップ３は、高い光利用効率を得るとともに、３波長互換を実現し、さらに、所定の開口制限を発揮することを実現する。また、光ピックアップ３は、内輪帯や中輪帯の構成に応じて、外輪帯の構成を球面連続面や回折構造とすることができ、回折部外輪帯の構成の簡素化や、回折部が設けられる素子の製造工程の簡素化を実現する。
【０２６３】
このように、本発明を適用した光ピックアップ３は、光ビームを出射する出射部と光ディスクの信号記録面との間の光路上に配置される対物レンズ３４，３４Ｃや回折光学素子３５Ｂ，３５Ｄ等の光学素子の一面に設けられた回折部５０，７０を備える。光ピックアップ３は、かかる回折部５０，７０により、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。よって、光ピックアップ３は、構成を複雑にすることなく、対物レンズを共通とした３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して良好な信号の記録及び／又は再生を実現する。
【０２６４】
また、本発明を適用した光ピックアップ３は、対物レンズ３４等を３波長に対して共通とすることができるので、アクチュエータにおける可動部の重量が増大することによる感度低下等の問題の発生を防止できる。また、光ピックアップ３は、アクチュエータのレンズホルダへの取り付け角度が不適切となるおそれがある等の問題の発生を防止できる。また、光ピックアップ３は、回折部５０，７０を一面に構成するのみであるので、従来のような球面収差低減用の回折部を複数面に設けた場合の各回折部間の位置合わせや、複数の回折部を設けることによる回折効率の低下等の問題を防止できる。すなわち、光ピックアップ３は、組立工程の簡素化及び光の利用効率の向上を実現する。また、光ピックアップ３は、回折部を光学素子の一面に設ける構成を可能とし、回折部を対物レンズに一体とする構成により、さらなる構成の簡素化、アクチュエータの可動部の重量を小さくすること、組立工程の簡素化及び光の利用効率の向上を実現する。
【０２６５】
また、一般的な光ピックアップでは各フォーマットでのコマ収差方向が異なるため、調整法が複雑化する問題があった。Ｒａｄ方向にチルト可能なアクチュエータを搭載した場合、Ｒａｄ調整後の取れ残りコマ収差は０．０３０λｒｍｓ程度以下とする必要がある。従来の２対物ピックアップではこの範囲を満たすために複雑な調整を行っていた。一方、本発明を適用した光ピックアップ３は、保持する対物レンズが１つのみであるため、フォーマットごとのコマ収差発生方向を概略揃った構成とすることができ、上記範囲を満たし、調整が容易である。また本発明の１対物レンズでは、コマ収差の大きさについても各フォーマット間で相関がある。このため１フォーマットでの３次〜高次コマ収差を抑えることで、他の波長のコマ量を管理でき、収差管理が容易となる。
【０２６６】
また、上述では、光ピックアップ３において、第１の光源部３１に第１の出射部を設け、第２の光源部３２に第２の出射部を設け、第３の光源部３３に第３の出射部を設けるように構成したが、これに限られるものではない。例えば、第１乃至第３の出射部の内２つの出射部を有する光源部と、残りの１つの出射部を有する光源部とを異なる位置に配置して設けるように構成してもよい。
【０２６７】
〔９．本発明を適用した光ピックアップの他の例について〕
次に、本発明を適用した光ピックアップの他の例として、第１の出射部を有する光源部と、第２及び第３の出射部を有する光源部とを備える図５１に示す光ピックアップ６０について説明する。尚、以下の説明において、上述した光ピックアップ３と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は、省略する。
【０２６８】
本発明を適用した光ピックアップ６０は、図５１に示すように、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部を有する第１の光源部６１と、第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部とを有する第２の光源部６２と、この第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光する集光光学デバイスとして機能する対物レンズ３４とを備える。尚、ここで説明する光ピックアップ６０においても、集光光学デバイスとして回折部５０を有する対物レンズ３４を用いるものとして説明するが、これに限られるものではない。すなわち、これに換えて図６（ｂ）に示すような対物レンズ３４Ｂと、回折光学素子３５Ｂとからなる集光光学デバイスを設けるように構成してもよい。また、図５に示すような回折部７０を有する対物レンズ３４Ｃからなる集光光学デバイスを設けるように構成してもよい。さらに、図７（ｂ）に示すような対物レンズ３４Ｄと、回折光学素子３５Ｄとからなる集光光学デバイスを設けるように構成してもよい。いずれの集光光学デバイスを光ピックアップ６０に適用した場合にも、以下で説明する効果を奏するとともに、上述した各対物レンズ及び各回折部の作用効果を有する。
【０２６９】
また、光ピックアップ６０は、光路合成手段としてビームスプリッタ６３を有する。このビームスプリッタ６３は、第１の光源部６１の第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームの光路と、第２の光源部６２の第２及び第３の出射部から出射された第２及び第３の波長の光ビームの光路とを合成する。また、光ピックアップ６０は、上述の第３のビームスプリッタ３８と同様の機能を有するビームスプリッタ６４を有する。
【０２７０】
さらに、光ピックアップ６０は、第１のグレーティング３９と、第２の光源部６２とビームスプリッタ６３との間に設けられるグレーティング６５を有する。このグレーティング６５は、第２及び第３の出射部から出射された第２及び第３の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のためにそれぞれ３ビームに回折する波長依存性を有する。
【０２７１】
また、光ピックアップ６０は、コリメータレンズ４２と、１／４波長板４３と、立ち上げミラー４４と、光検出器４５と、マルチレンズ４６とを有するとともに、このコリメータレンズ４２を光軸方向に駆動するコリメータレンズ駆動部６６とを有する。コリメータレンズ駆動部６６は、コリメータレンズ４２を光軸方向に駆動することで、上述したように、コリメータレンズ４２を通過した光ビームの発散角を調整することができる。これにより、コリメータレンズ駆動部６６は、所望の状態で対物レンズ３４へ各光ビームを入射させて、球面収差を低減させたり上述のフレア化を可能とする。また、コリメータレンズ駆動部６６は、装着された光ディスクが信号記録面を複数有する所謂多層光ディスクであった場合には、そのいずれの信号記録面への記録及び／又は再生をも可能とする。
【０２７２】
以上のように構成された光ピックアップ６０において、各光学部品の機能は、上述したことを除いて光ピックアップ３と同様である。光ピックアップ６０において、第１乃至第３の出射部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームの光路についても、上述したことを除いて、光ピックアップ３と同様である。すなわち、光ピックアップ６０において、ビームスプリッタ６４で各波長の光ビームの光路が合成された後は光ピックアップ３と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０２７３】
本発明を適用した光ピックアップ６０は、第１乃至第３の波長の光ビームを出射する第１乃至第３の出射部と、対物レンズ３４等と、往路の光路上に配置される光学素子としての対物レンズ３４等の一方の面に設けられる回折部５０等とを備える。そして、この回折部５０等が第１乃至第３の領域５１，５２，５３，７３を有し、第１及び第２の領域５１，５２が、輪帯状で且つ所定の深さを有するそれぞれ異なる回折構造とされる。また、この第１及び第２の領域５１，５２が、各波長の光ビームに対して上述のような所定の回折次数（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）の回折光が支配的となるように発生させる第１及び第２の回折構造を有するように構成される。また、第３の領域５３，７３も上述したような所定の屈折機能又は回折機能と、開口制限機能を有している。光ピックアップ６０は、かかる特徴的な構成により、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。よって、光ピックアップ６０は、構成を複雑にすることなく、対物レンズ３４等を共通とした３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して良好な情報信号の記録及び／又は再生を実現する。また、光ピックアップ６０は、その他の上述した光ピックアップ３と同様の効果を有している。
【０２７４】
さらに、光ピックアップ６０は、第２及び第３の出射部を共通の光源部６２に配置するように構成したことから、さらなる構成の簡素化及び小型化を実現する。尚、同様に、本発明を適用した光ピックアップは、第１乃至第３の出射部を略同一位置に有する光源部に配置するように構成してもよく、そのような構成とした場合には、さらなる構成の簡素化及び小型化を実現する。
【０２７５】
本発明を適用した光ディスク装置１は、第１乃至第３の光ディスクから任意に選択される光ディスクを保持して回転駆動する駆動手段と、この駆動手段によって回転駆動される光ディスクに対し情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップとを備える。そして、回転駆動される光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップとして、上述した光ピックアップ３，６０を用いている。光ディスク装置１は、各波長の光ビームの光路上の光学素子の一面に設けられた回折部により、それぞれ使用波長を異にする３種類の光ディスクに対して、共通の一の対物レンズを用いてそれぞれ対応する光ビームを信号記録面に適切に集光することを可能とする。よって、光ディスク装置１は、構成を複雑にすることなく、対物レンズを共通した３波長互換を実現するので、構成の簡素化及び小型化を可能とするとともに良好な記録・再生特性を得ることを実現する。
【０２７６】
〔１０．外輪帯に特徴を有する対物レンズ及びこれを備えた光ピックアップの例について〕
以上では、内輪帯である第１の領域５１、中輪帯である第２の領域５２に特徴を有する対物レンズ３４等やこれを用いた光ピックアップ３及び光ディスク装置１について説明したが、以下では、外輪帯に特徴を有する対物レンズ等について説明する。以下で説明する外輪帯構成は、上述の第１及び第２の領域５１，５２の構成と組み合わせることにより、より優れた特性を発揮する３波長互換対物レンズや、互換性に優れた光ピックアップを構成することを可能とする。そこで、第１及び第２の領域５１，５２に加えて特徴的な外輪帯である第３の領域８３を有する対物レンズ３４Ｅについて図５２を用いて説明する。すなわち、図５２を用いて、第１、第２の領域５１，５２に加えてかかる第２の領域５２の外側に回折領域として形成された第３の領域８３を有する回折部８０と、回折部８０を有する対物レンズ３４Ｅについて説明する。尚、回折部８０は、上述した回折部５０，７０の第３の領域５３，７３に相当する部分に第３の領域８３を有することを除いては、上述した回折部５０，７０と同様であるので、共通する部分には同一の符号を付すとともに詳細は省略する。
【０２７７】
回折部８０を有する対物レンズ３４Ｅは、回折部５０，７０を有する場合と同様に、この回折部８０により、複数の領域５１，５２毎に通過する第１乃至第３の波長の光ビームのそれぞれを所定の次数となるように回折する。そして、所定の発散角を有する拡散状態又は収束状態の光ビームとして対物レンズ３４Ｅに入射させるのと同様の状態とすること及び後述の第３の領域８３により所定の作用を与える。かかる構成により、この単一の対物レンズ３４Ｅを用いて第１乃至第３の波長の光ビームをそれぞれに対応する３種類の光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。回折部８０を有する対物レンズ３４Ｅは、基準となる屈折力を発生させるレンズ面形状を基準として回折力を発生させる回折構造が形成されている。対物レンズ３４Ｅは、かかる構成により、３つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。また、回折部８０を有する対物レンズ３４Ｅは、屈折素子の機能と回折素子の機能を兼ね備えており、すなわち、レンズ曲面による屈折機能と、一方の面に設けられた回折部８０による回折機能とを兼ね備えるものである。
【０２７８】
具体的に、図５２（ａ）及び図５２（ｂ）に示すように、対物レンズ３４Ｅの入射側の面に設けられた回折部８０は、最内周部に設けられ略円形状の回折領域である第１の領域（内輪帯）５１を有する。また、回折部８０は、第１の領域５１の外側に設けられ輪帯状の回折領域である第２の領域（中輪帯）５２を有する。また、回折部８０は、第２の領域５２の外側に設けられ輪帯状の回折領域である第３の領域（以下、「外輪帯」、「第３の回折領域」ともいう。）８３を有する。
【０２７９】
外輪帯である第３の領域８３は、輪帯状で且つ所定の深さを有し第１及び第２の回折構造とは異なる構造とされた第３の回折構造が形成される。第３の領域８３は、通過する第１の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｅを介して第１の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の領域８３は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。換言すると、外輪帯である第３の領域８３は、通過する第１の波長の光ビームを対物レンズ３４Ｅを介して第１の光ディスクの信号記録面に集光させる状態とする。
【０２８０】
また、第３の領域８３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｅを介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の領域８３は、当該次数の回折光が他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。この点について換言すると、第３の領域８３は、第３の回折構造により、通過する第２の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｅを介して第２の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないような次数の回折光が支配的となるようにされている。ここで、第３の回折構造は、上述した第３の領域７３の回折構造で説明したようにフレア化の作用等を考慮して構成するようにしてもよい。外輪帯である第３の領域８３は、通過する第２の波長の光ビームを対物レンズ３４Ｅを介して第２の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする。
【０２８１】
また、第３の領域８３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｅを介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成するよう集光する次数以外の次数の回折光が支配的となるように発生させる。すなわち、第３の領域８３は、他の次数の回折光に対して最大の回折効率となるように発生させる。この点について換言すると、第３の領域８３は、第３の回折構造により、通過する第３の波長の光ビームの対物レンズ３４Ｅを介して第３の光ディスクの信号記録面に適切なスポットを形成しないような次数の回折光が支配的となるようにされている。ここで、第３の回折構造は、上述した第３の領域７３の回折構造で説明したようにフレア化の作用等を考慮して構成するようにしてもよい。外輪帯である第３の領域８３は、通過する第３の波長の光ビームを対物レンズ３４Ｅを介して第３の光ディスクの信号記録面に集光させない状態とする。
【０２８２】
このように、第３の領域８３は、上述の各波長の光ビームに対して上述の所定の次数の回折光が支配的となるのに適するような回折構造が形成されている。そのため、第３の領域８３を通過して所定の次数の回折光とされた第１の波長の光ビームが対物レンズ３４Ｅにより光ディスクの信号記録面に集光される際の球面収差を補正して低減することを可能とする。
【０２８３】
また、第３の領域８３は、第１の波長の光ビームに対しては上述のように機能する。それとともに、第３の領域８３は、第２及び第３の波長の光ビームについては、この領域８３を通過して対物レンズ３４Ｅを介して第２及び第３の光ディスクの信号記録面に集光しない次数の回折光が支配的となるように構成されている。その際、第３の領域８３は、フレア化の影響等を考慮した構成とされている。かかる構成とされているから、この第３の領域８３を通過した第２及び第３の波長の光ビームが対物レンズ３４Ｅに入射しても第２及び第３の光ディスクの信号記録面にはほとんど影響を与えることがない。換言すると、この第３の領域８３を通過して対物レンズ３４Ｅにより信号記録面に集光される第２及び第３の波長の光ビームの光量を大幅に低減して略ゼロとして、第２の波長の光ビームに対して開口制限を行うよう機能することができる。尚、第３の領域８３は、第３の波長の光ビームに対しては、上述の第２の領域５２とともに、開口制限を行うよう機能することができる。
【０２８４】
ここで、第３の領域８３は、上述の第２の波長の光ビームに対して開口数ＮＡを０．６程度に開口制限を行うように構成された第２の領域５２の外側に形成されている。また、第３の領域８３は、その領域を通過した第１の波長の光ビームが、ＮＡ＝０．８５程度で開口制限されるような大きさに形成されている。また、この第３の領域８３の外側には回折構造が形成されていないため、この領域を透過した第１の波長の光ビームを、対物レンズ３４Ｅを介して第１の光ディスク上に集光させない。そのため、かかる構成とされた第３の領域８３を備える回折部８０は、第１の波長の光ビームに対して、ＮＡ＝０．８５程度の開口制限を行うように機能することとなる。またＮＡ＝０．８７程度まで回折構造を形成した上で、別途物理開口を設けても良い。
【０２８５】
具体的には、第３の領域８３は、図８（ｃ）を用いて説明した上述した第３の領域７３と同様に、光軸を中心とした輪帯状で基準面に対してこの輪帯の断面形状が所定の深さｄのブレーズ形状となるように形成されている。ここで、ブレーズ形状とする理由やブレーズ形状の利点は、上述したとおりである。
【０２８６】
第３の領域８３は、通過する第１の波長の光ビームの次数ｋ１ｏの回折光が支配的となるよう、すなわち、回折効率が最大となるように発生させるとする。このとき、第３の領域８３は、ｋ１ｏが奇数となるように、構成されている。かかる特徴的な外輪帯構成を有する第３の領域８３により得られる効果としては、システム上の対策を施すことなく、メディアの種類によらず、適切なフォーカスサーチを可能とする。さらに、対物レンズ３４Ｅは、第１及び第２の領域５１，５２により上述した対物レンズ３４，３４Ｃ等と同様の課題を解決するものである。よって、対物レンズ３４Ｅ及びこれを用いた光ピックアップ３は、かかる構成により、より優れた特性を発揮する３波長互換対物レンズを実現でき、互換性に優れた光ピックアップを実現できる。尚、内輪帯及び中輪帯の構成に関わらず第３の領域８３を有するよう構成すればメディアの種類のよらず、適切なフォーカスサーチを可能とする効果を得ることができる。
【０２８７】
ここで、第３の領域８３について、ｋ１ｏ＝１，３，５となるように、構成することにより、より優れた特性を発揮する３波長互換対物レンズを実現する。また、かかる対物レンズにおける第２の波長λ２に対する回折効率をＥｆｆ２とし、第３の波長λ３に対する回折効率をＥｆｆ３とすると次の関係が成立するように構成することにより、より優れた特性を発揮できる。すなわち、第３の領域８３は、ｋ１ｏ＝１のとき、Ｅｆｆ２＞０．１７で且つＥｆｆ３＞０．４２であることにより、フォーカスサーチを含めて優れた特性を発揮できる。また、第３の領域８３は、ｋ１ｏ＝３のとき、Ｅｆｆ２＞０．４４、Ｅｆｆ３＞０．３０であることにより、フォーカスサーチを含めて優れた特性を発揮できる。また、第３の領域８３は、ｋ１ｏ＝５のとき、Ｅｆｆ２＞０．４２、Ｅｆｆ３＞０．３２であることにより、フォーカスサーチを含めて優れた特性を発揮できる。ここで、第３の波長λ３に対する回折効率Ｅｆｆ３とは、内輪帯である第１の領域５１に入射した光ビームに対して集光される次数の光ビームの割合をいい、ここで、第１の領域５１で選択される次数の回折効率である。また、第２の波長λ２に対する回折効率Ｅｆｆ２とは、内輪帯及び中輪帯である第１及び第２の領域５１，５２に入射した光ビームに対して集光される次数の光ビームの割合をいう。具体的には、第１及び第２の領域５１，５２で選択される次数の回折効率とその面積とから算出される割合である。以下では、ここで説明した特徴的な構成により、上述のような効果を得ることができることについて詳細に説明するが、それに先立ち、かかる構成を有さないことによる問題点等について説明する。
【０２８８】
＜メディア種類により生じ得る問題について＞
まず、第３の領域８３のような構成を備えない場合に生じ得る問題点について説明する。上述した対物レンズ３４等のように外輪帯に上述した第３の領域８３のような特徴的構成を持たせない場合においても、光ディスク読み取り動作には問題が生じない。しかし、メディアの種類によっては、光ディスク表面からの不要光による不要信号（以下「不要表面信号」ともいう。）等が増大しメディア判別に支障をきたす可能性がある。光ピックアップ３や光ディスク装置１のシステムでは、フォーカスサーチ波形から、表面信号と本信号間の距離を読み取ることによって、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ等のメディアの種類の判別を行っている。ここで、表面信号とは、光ディスク表面で反射された光ビームを受光し検出することにより得られる信号を意味する。また、本信号とは、光ディスクの信号記録面で反射された光ビームを受光し検出することにより得られる信号を意味する。
【０２８９】
このため、３波長互換対物レンズにおいては光ディスク表面における反射で不要光が生じ、受光素子上に結像することで不要表面信号が生じてしまうという問題を本質的に抱えている。この不要表面信号は、本信号に対して相対的に低ければ問題とはならないものの、メディアの種類によっては、信号記録面における反射率が低い等の理由により、本信号レベルが低下する場合には、メディアの判別に新たなシステム対策を行う必要性が生じる。すなわち、本信号レベルに対して不要表面信号レベルが大きくなる場合には、ある一定のレベルを超えると、ディスク判別を失敗するおそれがあることを意味するため、これをシステム上問題とならないような措置を講ずる必要がある。これにより、システムの複雑化を招きコストが上昇する可能性があることを意味する。さらに、この問題点について以下にさらに具体的に説明する。
【０２９０】
まず、３波長互換対物レンズの入射面の回折域を２つ以上の領域に分け、内輪帯の回折次数及び中輪帯の回折次数を適性にすることで上述したように、３波長の互換を実現することを可能とした。換言すると所定の回折構造を有する第１及び第２の領域５１，５２を設け、さらに所定の屈折機能又は回折機能を有する第３の領域５３，７３を設けることにより３波長互換を実現できる。ここで、上述の構成を有すれば一般的なＲＯＭメディアの読み出しには問題がないが、信号面の反射率が低い書き換え可能メディア、特にＣＤ−ＲＷ等では不要表面信号が相対的に大きくなり、これが問題を起こす可能性がある。すなわち、不要表面信号が相対的に大きくなることで、正規信号面信号に対してのレベルが大きくなり、ディスク判別に失敗する可能性がある。
【０２９１】
＜不要回折次数について＞
ここでは、内輪帯回折次数として、ＢＤ等の第１の光ディスクに対応する第１の波長の光ビームの次数ｋ１ｉがｋ１ｉ＝１であるものとする。また、ＤＶＤ等の第２の光ディスクに対応する第２の波長の光ビームの次数ｋ２ｉがｋ２ｉ＝−２であるものとし、ＣＤ等の第３の光ディスクに対応する第３の波長の光ビームの次数ｋ３ｉ＝−３であるものとする。さらに、中輪帯回折次数として、第１の波長の光ビームの次数ｋ１ｍが、ｋ１ｍ＝０であり、第２の波長の光ビームの次数ｋ２ｍが、ｋ２ｍ＝−１であるものとする。そして、外輪帯回折次数として、第１の波長の光ビームの次数ｋ１ｏが、ｋ１ｏ＝２である対物レンズを例に挙げて不要回折次数について説明を行う。この構成における第１乃至第３の光ディスクに対する設計センターでの一構成例として各々の正規光・不要光効率を表９に示す。
【０２９２】
【表９】
2010198717.tif 000017
【０２９３】
このとき、ＣＤ等の第３の光ディスクでは、正規回折光に対して不要回折光の割合が大きくなる。すなわち、後述するが正規信号が不要な回折次数の光の影響を受けやすくなる。尚、このことは、次数の設計を変えた場合でも、基本的には変わらない。すなわち、第３の光ディスクの正規信号として受光される正規回折光は内輪帯部分の光のみから構成される一方で、不要信号を構成する要素は内輪帯から外輪帯まで全ての部分で存在するため、相対的に不要信号割合が大きくなるためである。このことに鑑みて、以下ではＣＤ等の第３の光ディスクに対応した第３の波長の光ビームに関してさらに検討する。
【０２９４】
＜第３の光ディスク（ＣＤ等）に対応する第３の波長の光ビームのフォーカスエラー信号について＞
上述の構成例とされた対物レンズを搭載した光ピックアップを想定する。そして、ＣＤ等の第３の光ディスクに対してフォーカスサーボを行うことを考慮すると、そのときのフォーカスエラー信号は図５３（ａ）に示す形状となり、和信号は図５３（ｂ）に示す形状となる。図５３に示すように、光ディスクにおいては光ディスク表面層での反射と、光ディスク信号面での反射とが存在するため、正規信号による反射信号は合計２カ所で生じることとなる。このＣＤ正規信号は、内輪帯における正規回折次数の往復の総和によって形成されている。尚、図５３（ａ）及び図５３（ｂ）中のＳＦＳＳ，ＳＲＳＳは、信号面からの反射により発生する信号面正規信号であり、ＳＦＨＳ，ＳＲＨＳは、表面からの反射により発生する表面正規信号である。
【０２９５】
一方、不要信号は複数生じるが、代表的なものは次の２つである。１つは、内輪帯において不要回折次数と、正規回折次数の往復組み合わせによるものであり、以下ではこれを「不要信号１」という。また、もう１つは、主に外輪帯における不要回折次数光同士の往復組み合わせによって生じる不要信号であり、以下ではこれを「不要信号２」という。正規光・不要光と正規信号・不要信号の関係を表１０に示す。表１０には、ＢＤ等の第１の光ディスク、ＤＶＤ等の第２の光ディスクの正規信号と不要信号の組み合わせについても示されている。表１０の組み合わせにも示されているように、ＣＤ等の第３の光ディスクのフォーカスエラー信号と和信号は、図５３のように、２つの正規信号と、２つの不要信号が二組とからなり、合計６つの波形が現れることとなる。すなわち、図５３（ａ）及び図５３（ｂ）中のＳＦＳＦ１，ＳＲＳＦ１は、信号面からの不要光１の反射により発生する信号面不要信号１であり、ＳＦＳＦ２，ＳＲＳＦ２は、信号面からの不要光２の反射により発生する信号面不要信号２である。また、ＳＦＨＦ１，ＳＲＨＦ１は、表面からの不要光１の反射により発生する表面不要信号１であり、ＳＦＨＦ２，ＳＲＨＦ２は、表面からの不要光２の反射により発生する表面不要信号２である。
【０２９６】
【表１０】
2010198717.tif 000018
【０２９７】
次に、一般的な和信号を用いたディスク判別法を図５４の概略図を用いて説明する。フォーカスサーチ中において、まず受光素子のゲインをあげることによって表面信号ＳＲＨＳの波形を検出する。その後に、図中（１）に示すように、フォーカスサーチをしながら、図中（２）に示すよう最大レベルの和信号を検出した際に、その部分を光ディスクの信号面と仮定する。さらに、図中（３）に示すように、信号面信号と表面信号の位置差を得ることによって光透過層厚さを推定し、そこからメディアを推定する。
【０２９８】
こうした一般的な手法を採用する場合、最大レベルの和信号を検出したときに信号面であると判定するため、不要信号によるレベルが正規信号面信号よりも大きくなってはならない。例えば、図５４のＳＲＨＦ２’に示すように表面不要信号２が大きくなってしまったことを想定すると、このＳＲＨＦ２’の縦幅がＳＲＳＳの縦幅より大きくなった場合にはＳＲＳＳで示す信号面正規信号を判別できなくなるというおそれがある。特に、上述の構成例の対物レンズを採用した場合には、不要信号のレベルと頻度が増大しているため、本要件を満たすことが非常に重要になってくる。ここで、複雑な不要信号出現に対してシステムとして信号面正規信号を検出するアルゴリズムを開発すること自体は可能ではあるが、それに伴うシステムの複雑化が大きな負荷となることが容易に考えられる。それに比べて、フォーカスサーチによって最大レベルの和信号を信号面と推定するのは非常にシンプルであり、システムへの負担をかけることがない。換言すると、光ディスク装置全体として、システム処理上この問題を解決すること自体は可能であるが、光ピックアップ単体として対物レンズの構成のみでこの問題を解決する方が高い価値を有するといえる。
【０２９９】
一般的に、信号面からの不要信号はいずれも信号面正規信号レベルを超えることがない。これは、正規回折光を収差最良として設計しているため不要回折光には大きな球面収差が発生することとなる。これにより、結果的に不要光の和信号のすそ部分が大きく広がるためである。図５５に、かかる構成例の対物レンズによるＣＤの信号面の縦収差図を示す。そして、例えば、ＣＤ等の第３の光ディスクの不要信号１について検討する。尚、図５５及び後述の図５７中横軸はデフォーカス量、縦軸は、相対瞳径を示す。また、ＬＤＩＳ，ＬＳＩＳは、内輪帯の正規光である−３次光の径方向の位置毎のデフォーカス量を示し、ＬＤＩＦ，ＬＳＩＦは、内輪帯の不要光である＋４次光の径方向の位置毎のデフォーカス量を示す。また、ＬＤＭＦ，ＬＳＭＦは、中輪帯の不要光である−１次光の径方向の位置毎のデフォーカス量を示す。また、ＬＤＯＦ，ＬＳＯＦは、外輪帯の不要光である＋１次光の径方向の位置毎のデフォーカス量を示す。図５５から明らかなように、内輪帯部では−３次光を正規次数としているので、内輪帯部第一不要光である＋４次光は大きくデフォーカスし球面収差が大きく発生していることが確認できる。その範囲としては、−０．５ｍｍ〜−０．３７ｍｍ程度と０．１３ｍｍの幅がある。これを以降、縦収差幅ｗ１として示す。正規光としての−３次光と不要光としての４次光を考慮した場合、上述したように不要信号１としては、往復路における−３次光と４次光との組み合わせを検討する必要がある。この往復路における−３次光と４次光による不要信号１は、２つの光の位置を平均することによって、フォーカスサーチ中にはΔ０１＝０．０７ｍｍ程度にわたって和信号が生じ続けることになる。この関係性を図５６に概略で示した。図５６において、ＴＳ０は、図５５のＬＤＩＳに相当する信号面からの正規光の縦収差であり、これを縦収差０という。また、ＴＳ１は、図５５のＬＤＩＦに相当する不要光の縦収差であり、これを縦収差１という。そして、ＴＳ０１は、ＴＳ０とＴＳ１との平均をとることにより得られる往復で想定される縦収差である。換言すると、上述したように、不要光として問題となりやすいのは、往復路において不要回折次数の光よりも往路、復路のそれぞれにおいて正規光、不要光の組み合わせからなる光である。そして、図５６に示すように、ＴＳ０１の底部分の値は、ＴＳ０の底部分の値ｘｂｏｔｔｏｍ０と、ＴＳ１の底部分の値ｘｂｏｔｔｏｍ１とから、（ｘｂｏｔｔｏｍ０＋ｘｂｏｔｔｏｍ１）／２で得られる。ここで、値は、横軸に示すデフォーカス値を意味する。また、ＴＳ０１の上部部分の値は、ＴＳ０の上部部分の値ｘｔｏｐ０と、ＴＳ１の上部部分の値ｘｔｏｐ１とから、（ｘｔｏｐ０＋ｘｔｏｐ１）／２で得られる。そして、この上部部分及び底部分の値からｗ０，ｗ０１，ｗ１が得られ、これらから、それぞれの和信号が生じる範囲Δｍａｉｎ（＝Δ００），Δ０１，Δ１１が得られる。尚、ｗ０，ｗ０１，ｗ１は、それぞれ縦収差幅を示すが、ｗ０は、ほとんど０であるため、図示していない。また、正規信号が生じる範囲ｗｍａｉｎは、図中ＬＤＩＳで示される線が略縦軸と平行な直線状であるように、極めて狭い範囲となっており、フォーカス��ーチ中に和信号が出る範囲Δｍａｉｎ（＝Δ００）は幾何光学ではなく回折光学にて計算する必要がある。回折光学上、和信号の大きさの限界はおおよそ焦点深度から計算でき、次式（１１）で得られる程度の範囲に信号が集中する。ここで、λ３＝７８５ｎｍ、ＮＡ３＝０．４７としている。
Δｍａｉｎ＝２×λ３／ＮＡ３２＝７．１μｍ  ・・・（１１）
【０３００】
すなわち、関係性をまとめると、式（１２）及び式（１３）の関係、又は式（１２）及び式（１４）の関係を満たすこととなる。
【０３０１】
【数７】
2010198717.tif 000019
【０３０２】
すなわち、Δ０１とΔｍａｉｎでは、１０倍ほど信号の出る範囲の違いがあり、結果的に信号面不要信号１はレベル量としては単純な効率掛け算の１／１０となったようにみなせ、信号面正規信号を超えることはありえないこととなる。このことを式にまとめると、信号を構成する各回折次数による回折効率をＥｆｆ０、Ｅｆｆ１とおき、信号面での反射率をＲｓｉｇ、信号を構成する回折輪帯の面積をＳとすれば、式（１５）の計算によって、フォーカスサーチ中の最大和信号のレベルＦＥｅｆｆ０１が推定できる。
ＦＥｅｆｆ０１＝Ｅｆｆ０×Ｅｆｆ１×Ｒｓｉｇ×Ｓ／Δ０１  ・・・（１５）
【０３０３】
一般に、正規信号の最大レベルＦＥｅｆｆｍａｉｎに対する不要光レベルが問題となるため、その割合は、式（１６）によって算出されることとなる。ここで、ＦＥｅｆｆｍａｉｎは、不要信号と全く同様に信号レベルを構成する回折効率をＥｆｆｍａｉｎとおけば、次式（１７）に示すとおりとなる。尚、式（１６）で算出されたＳＦＲは、正規信号に対する不要信号の割合を示すものであり、以下不要／正規信号比率ともいう。この不要／正規信号比率ＳＦＲが１以上となる場合には、不要信号が正規信号より大きくなることを意味し、フォーカスサーチが困難になることを意味する。また、ＦＥｅｆｆｍａｉｎは、図５３（ｂ）において、信号面正規信号の縦幅を示し、ＦＥｅｆｆ０１は、不要信号１の縦幅を示す。
ＳＦＲ＝ＦＥｅｆｆ０１／ＦＥｅｆｆｍａｉｎ  ・・・（１６）
ＦＥｅｆｆｍａｉｎ＝Ｅｆｆｍａｉｎ×Ｅｆｆｍａｉｎ×Ｒｓｉｇ×Ｓ／Δｍａｉｎｓｉｇ  ・・・（１７）
【０３０４】
本計算手法によって、算出されたΔの値と信号予測比率である不要／正規信号比率ＳＦＲを表１１に示す。尚、Ｒｓｉｇとして、ここではＣＤ−ＲＯＭを仮定し、中島平太郎・小川博司共著「図解コンパクトディスク読本」により最低反射率７０％を採用している。さらに、Ｓとして、概略計算であるが、各フォーマットにおけるＮＡを転用している。すなわち、内輪帯の面積Ｓｉは、Ｓｉ＝ＮＡ３２であり、中輪帯の面積Ｓｍは、Ｓｍ＝ＮＡ２２―ＮＡ３２であり、外輪帯の面積Ｓｏは、Ｓｏ＝ＮＡ１２―ＮＡ２２である。表１１によれば、不要信号２も同様に、０．１４ｍｍ程度の範囲に信号が生じ続けるため、正規信号を超えることはない。
【０３０５】
【表１１】
2010198717.tif 000020
【０３０６】
一方、表面による不要信号と正規信号の出方は趣が異なる。図５７に、本レンズによる光ディスク表面での縦収差図を示した。ここでは、外輪帯における不要光を考える。ここで、ＬＳＯＦに示すように、外輪帯部の不要次数光である＋１次光の縦収差が完全に直立しており、往復路不要信号からなる不要信号２のΔＯ１１＿ｓｕｒｆａｃｅは、回折限界分の７．１μｍとなる。一方で、不要信号１は、やはりかなり大きな範囲に分布すると考えられる。表１１に表面における各信号のＦＥｅｆｆを示した。ここでＲｓｕｒｆａｃｅとしてはポリカーボネートの屈折率ｎ１＝１．５７に対して空気からの垂直入射を仮定し、その際の反射率は式（１８）を用いている。ここで、ｎ０は、空気の屈折率を示す。
【０３０７】
【数８】
2010198717.tif 000021
【０３０８】
表１１より、通常のＣＤ−ＲＯＭに対する不要信号／正規信号割合は十分に小さく、システム上の対応を特に必要としないレベルになっている。ただし、ＣＤ−ＲＷにおいては信号面の反射率が低いため、不要信号の割合が相対的に増大することが予想される。ＣＤ−ＲＷの反射率は、一般的に最低１５％程度（例えば、特開２００９−８３５０１号公報の段落「０２７１」）であることが知られているので、この場合の不要信号／正規信号割合を表１２に示した。このとき、ＣＤ−ＲＷの特性上信号面の反射率が下がる一方で、表面の反射率は一定であるため、相対的に不要信号の割合が大きく増加する。結果、表面における不要信号２のレベルが信号面正規信号のレベルを大きく超えてしまい、正常なディスク判別に支障をきたすことが予想される。すなわち、不要信号２のレベルを下げる必要性がある。
【０３０９】
なお、ここでは、フォーカスサーボとして非点収差法を仮定したが、他の手法を用いたとしても本質的な問題は同等であり、不要信号を低減しなくては正常なディスク判別が行えない。上述のような問題を解決するための手法としては、不要信号２を下げるため、外輪帯の次数ｋ０を選ぶことが考えられる。
【０３１０】
【表１２】
2010198717.tif 000022
【０３１１】
＜外輪帯の次数について＞
図５８に外輪帯のブレーズ深さを変化させたときのＢＤ等に対応する第１の波長、ＤＶＤ等に対応する第２の波長、ＣＤ等に対応する第３の波長の各波長の光ビームに対する回折効率の変化を示す。尚、ここでは、各波長における０次光〜５次光の溝深さに対する回折効率の変化を示す。ＢＤに対応する第１の波長の光ビームは、外輪帯において、できるだけ１００％近く利用したいので、ブレーズ深さは第１の波長に対する効率が１００％であることが望ましい。また、ＢＤに対応する第１の波長の選択された次数が増すにつれてブレーズの構造が大きくなっていき、高次収差の取れ残りが多くなりレンズとして適さなくなることが知られている。このため、第１の波長の次数ｋｏ１＝５次程度までとするのが一般的であり、５次程度までとすることで製造上も収差の点でも有利な構成である。
【０３１２】
このときの各フォーマットに対する不要光回折効率値と表面における不要光縦収差幅を表１３に示す。この表１３中で、ＢＤ２次を用いた例が先に示した例であり、不要光２の原因となっていたのはＣＤの１次光であった。
【０３１３】
【表１３】
2010198717.tif 000023
【０３１４】
表１４及び表１５にこれらの不要光によって生成される不要信号の正規信号に対する不要信号／正規信号割合ＳＦＲを示した。ここでＤＶＤやＣＤの回折効率が大きい次数が２つ存在する場合には、各々の掛け合わせが存在するため、ΔとＦＥｅｆｆも３カ所出現する。すなわち、第１に第一不要光×第一不要光であり、これは、往路が第一不要光で復路が第一不要光の組み合わせで、それぞれΔ１１，ＦＥｅｆｆ１１とする。第２に、第一不要光×第二不要光であり、これは、往路が第一不要光で復路が第二不要光あるいは往路が第二不要光で復路が第一不要光の和で、それぞれΔ１２，ＦＥｅｆｆ１２とする。第３に、第二不要光×第二不要光であり、これは、往路が第二不要光で復路が第二不要光の組み合わせで、それぞれΔ２２、ＦＥｅｆｆ２２とする。
【０３１５】
【表１４】
2010198717.tif 000024
【０３１６】
【表１５】
2010198717.tif 000025
【０３１７】
この表１４，表１５において、第２の光ディスク（ＤＶＤ）に対応する第２の波長の光ビームの正規信号は、ＤＶＤ−ＲＷの信号面反射率下限値１８％を用い、レンズのＤＶＤに対する平均効率を６６％としている。ＤＶＤ−ＲＷの信号面の反射率の下限値は一般的に１８％（（株）アルメディオのホームページ、http://www.almedio.co.jp/tmsection_index.phtml、http://www.almedio.co.jp/pdf/TMITEM45e5399eb0f1d.pdf）であることが知られている。尚、かかる平均効率は、先に示された次数を用いた際の平均効率である。
【０３１８】
また、ＤＶＤの領域面積として、式（１９）で得られる値を用い、Δｍａｉｎとしては、式（２０）で得られる値を用いている。
Ｓｄｖｄ＝ＮＡ２２＝０．６２＝０．３６  ・・・（１９）
Δｍａｉｎ＝２×λ２／ＮＡ２２＝３．６μｍ  ・・・（２０）
【０３１９】
表１６にＳＦＲの最大値とＲＭＳを示す。ＳＦＲの最大値が１を超える場合には、使用することができない。この結果からＢＤの次数として奇数を選択することが必須であることがわかる。これはまた、図５８のグラフからもわかるとおり、ＢＤに対応する第１の波長において偶数次数選択を行うとＣＤに対応する第３の波長の効率が増大してしまうことからも容易に予測できる。すなわち、図５８によれば、２次及び４次や、０次では、第３の波長の効率が増大してしまい上述の観点からあまり好ましくない。よって、次数としては１，３，５、或いはその他の奇数次数を用いることが必要である。また、ＲＭＳから考察するに、最も使用上有利なのはＢＤに３次光を用いた場合であるが、この違いはわずかでむしろＤＶＤ，ＣＤの効率バランスから選択される傾向が強い。
【０３２０】
【表１６】
2010198717.tif 000026
【０３２１】
＜各次数における効率最低値と、望ましい次数について＞
この選択は、表１６のＳＦＲから明らかなように、ＤＶＤ・ＣＤの特性がＢＤ次数によって左右される。このため、ＤＶＤ・ＣＤのメイン効率比によっては、３次以外の次数選択が有利となる。これを合わせて表１６に示している。この「片道効率Ｌｉｍｉｔ」として示される数値は、単純にＳＦＲＭａｘが１となる最大不要信号レベルを仮定し、その際に必要とされるＤＶＤ・ＣＤの片道効率を逆算したものである。例えば、ＢＤ用の第１の波長の偶数次（２次及び４次）の回折構造を外輪帯に付与する場合には、ＣＤ用の第３の波長の片道効率が７３％以上であるレンズでなければ実現が困難である。上述したように、ＣＤの回折次数は−２次以上でなければ実現が困難であり、７３％以上の効率は実現が極めて難しく現実的ではないということになる。ここで、Ｅｆｆ２及びＥｆｆ３は、上述したように対物レンズにおける第２、第３の波長に対する回折効率を示しており、以下ではそれぞれ「ＤＶＤ効率」、「ＣＤ効率」ともいう。また、ここでいう効率は、設計効率を示している。よって、表１６より、各々の次数選択に対するＤＶＤ・ＣＤの条件が次のように定まる。すなわち、ＢＤ１次（ｋ１ｏ＝１）のとき、ＤＶＤ効率（Ｅｆｆ２）＞０．１７で且つＣＤ効率（Ｅｆｆ３）＞０．４２であれば、フォーカスサーチが可能であり、且つ対物レンズとして優れた機能を発揮できる。また、ＢＤ３次（ｋ１ｏ＝３）のとき、ＤＶＤ効率（Ｅｆｆ２）＞０．４４、ＣＤ効率（Ｅｆｆ３）＞０．３０であれば、フォーカスサーチが可能であり、且つ対物レンズとして優れた機能を発揮できる。また、ＢＤ５次（ｋ１ｏ＝５）のとき、ＤＶＤ効率（Ｅｆｆ２）＞０．４２、ＣＤ効率（Ｅｆｆ３）＞０．３２であれば、フォーカスサーチが可能であり、且つ対物レンズとして優れた機能を発揮できる。尚、ここでは不要信号同士の重なりは考慮していないが、実際には高次の次数を用いると不要信号同士の重なりが増してくる。これは、高次を用いると図５６に示すΔ１０やΔ１１の幅で存在する不要信号同士の間隔が狭まることになり、不要信号が重なる場合がでてくる。不要信号が重なることにより信号が増幅すると、縦幅が増え、上述の検討で問題がない場合でも信号面正規信号より大きく成りフォーカスサーチに支障を来す場合がある。よって、ＤＶＤ効率とＣＤ効率の抑えられる範囲も含めて考えると、５次の必要性はほとんどない。尚、後述するように、表１６の効率リミットは、いずれも集光した光によって形成されているため、回折部のパワー偏光による効率最低値を更に下げることはほとんど望めない。
【０３２２】
さらに、全体にとっての最適化を考えた場合、ＤＶＤ効率／ＣＤ効率を計算した際に、表１６のＤＶＤ効率Ｌｉｍｉｔ／ＣＤ効率Ｌｉｍｉｔの値に近い方が有利となる。上述の様にＢＤ５次光のメリットはほとんどないため、１次光と３次光の選択を考えた場合、両者のＤＶＤ効率Ｌｉｍｉｔ／ＣＤ効率Ｌｉｍｉｔの平均値である０．９６がどちらを使うかの基準となる。よって、全体を考慮すると、ＤＶＤ効率／ＣＤ効率＜０．９６のとき、ＢＤの外輪帯次数（ｋ１ｏ）＝１次を選ぶのが最適であり、ＤＶＤ効率／ＣＤ効率≧０．９６のとき、ＢＤの外輪帯次数（ｋ１ｏ）＝３次を選ぶのが最適であるといえる。このように、ＤＶＤ／ＣＤ効率を外輪帯次数ｋ１ｏを決める際の目安にすることにより、フォーカスサーチに有利な対物レンズを構成することを可能とする。
【０３２３】
＜回折部パワー変更について＞
回折部のパワーを変更することによってフォーカスサーチの問題を回避することも考えられるがかかる手法はきわめて困難であるといえる。すなわち、これは表１６に示したＳＦＲが大きくなる不要信号の構成要素は全てΔが小さいことに起因している。もともと集光状態にあるとΔは焦点深度で決定するので、しばらくは回折部のパワーを大きくしても光線は広がらないこととなる。例えば、ＢＤの外輪帯次数（ｋ１ｏ）を偶数次を用いている場合、縦収差幅は３．１μｍであるのに対し、焦点深度によるΔは７．１μｍなので、少なくとも７．１／３．１＝２．３倍になるまではパワーをいくら与えても不要信号比率は低下しない。すなわち、ＳＦＲを１にするには最低、２．３×２．０６＝４．７倍の回折面パワーを与える必要がある。例えば外輪帯次数ｋ１ｏを２次とした対物レンズにおいて５周期つけるような構成例が考えられるが、これを回折部パワー変更することを考え、４．７倍すると２４周期形成する必要があることを意味する。外輪帯部は、３波長互換であることを考慮すると傾斜がきついためこれだけでもかなり厳しいがこれでもリミット限界付近であり、システム冗長性が不足することにより、現実的に更に回折構造をつける必要がある。よって、回折部パワー変更は困難であり、外輪帯の次数ｋ１ｏ選択や、このときの各効率Ｅｆｆ２、Ｅｆｆ３を規定する手法により解決するのが有利である。
【０３２４】
＜回折部８０を有する対物レンズ３４Ｅについて＞
以上のような構成とされた第１乃至第３の領域５１，５２，８３を有する回折部８０は、上述した回折部５０，７０と同様に、各領域を通過する各波長の光ビームに所定の作用を付与する。回折部８０は、第１の領域５１を通過する第１乃至第３の波長の光ビームを、３波長に共通の対物レンズ３４Ｅの屈折力によりそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部８０は、対物レンズ３４Ｅの屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、回折部８０は、第２の領域５２を通過する第１及び第２の波長の光ビームを、共通の対物レンズ３４Ｅの屈折力によりそれぞれ対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部８０は、対物レンズ３４Ｅの屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。また、回折部８０は、第３の領域８３を通過する第１の波長の光ビームを対物レンズ３４Ｅの屈折力により対応する種類の光ディスクの信号記録面に球面収差が発生しない発散角の状態となるような回折力で回折させる。それとともに、回折部８０は、対物レンズ３４Ｅの屈折力により対応する光ディスクの信号記録面に適切なスポットを集光させることができる。
【０３２５】
すなわち、光ピックアップ３の光学系における第１乃至第３の出射部と信号記録面との間の光路上に配置される対物レンズ３４Ｅの一面に設けられた回折部８０は、以下のような効果を有する。回折部８０は、それぞれの領域（第１乃至第３の領域５１，５２，８３）を通過するそれぞれの波長の光ビームを信号記録面に発生する球面収差を低減する状態となるように回折力を付与することができる。これにより回折部８０は、光ピックアップ３において第１乃至第３の波長の光ビームを共通の対物レンズ３４Ｅを用いてそれぞれ対応する光ディスクの信号記録面に集光させたときの信号記録面に発生する球面収差を極限まで低減することができる。すなわち、回折部８０は、３種類の光ディスクに対して３種類の波長と共通の対物レンズ３４Ｅとを用いた光ピックアップの３波長互換を実現してそれぞれの光ディスクに対して適切に情報信号の記録及び／又は再生を可能とする。
【０３２６】
また、対物レンズ３４Ｅの一面に設けられた回折部８０と、これを有する対物レンズ３４Ｅとは、第１及び第２の領域５１，５２の機能や、第３の領域８３の機能により、上述した回折部５０，７０やこれを有する対物レンズ３４等と同様の機能、効果を有する。すなわち、第１及び第２の領域５１，５２において、それぞれ良好な機能を発揮できる構成とされるとともに、その組み合わせとしても最適な構成とされている。これにより、不要光乖離特性と製造容易性とを両立するとともに高い光利用効率を達成できる。換言すると、回折部８０は、（ｋ１ｉ，ｋ２ｉ，ｋ３ｉ，ｋ１ｍ，ｋ２ｍ）が上述した回折部５０と同様であるため、回折部５０と同様の機能や効果を得ることができる。また、回折部８０を有する対物レンズ３４Ｅは、上述した次数の組み合わせＡ〜Ｅのそれぞれに適したステップ数Ｓ、溝深さｄ’及び焦点距離ｆ１が規定されることにより、上述の回折部５０及び対物レンズ３４等と同様の効果を得ることができる。また、回折部８０及び対物レンズ３４Ｅは、第１及び第２の領域５１，５２で所定の次数の回折光が支配的となるように構成することにより、上述のような機能を有する。すなわち、回折部８０及び対物レンズ３４Ｅは、高い光利用効率を得ることや、良好なスポットを集光できることや、所定の開口制限を発揮させること等の機能を有する。この際に、外輪帯である第３の領域７３においてフレア化の効果を得ることにより良好な開口制限機能を達成することも可能である。
【０３２７】
さらに、回折部８０及び対物レンズ３４Ｅは、以上で説明した特徴的な外輪帯である第３の領域８３の構成により、ディスク種類によらずフォーカスサーチの特性上有利な構成とすることができる。すなわち、対物レンズ３４Ｅは、ｋ１ｏ＝１，３，５となるように第３の領域８３が構成されていることにより、ＣＤ−ＲＷやＤＶＤ−ＲＷといった表面反射率に対し信号面反射率が相対的に低いディスクのフォーカスサーチ時にも、有利な構成である。具体的には、対物レンズ３４Ｅは、かかるディスクのフォーカスサーチ時にも、信号面正規信号の和信号レベルを相対的に高く保つことができ、結果的にシステムを簡略化することができる。これは、対物レンズ３４Ｅの第３の領域８３のみによりフォーカスサーチ時に発生しうる問題を解消できることにより、システム上ＣＤ−ＲＷやＤＶＤ−ＲＷ用のフォーカスサーチ時の対策を施す必要を排除できるからである。そして対物レンズ３４Ｅやこれを有する光ピックアップ３及び光ディスク装置１では、フォーカスに失敗するリスクを大幅に低減できる。このように、対物レンズ３４Ｅ並びにこれを用いた光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、フォーカスサーチを含めて優れた特性を発揮できる。
【符号の説明】
【０３２８】
１  光ディスク装置、  ２  光ディスク、  ３  光ピックアップ、  ４  スピンドルモータ、  ５  送りモータ、  ９  サーボ制御部、  ２２  ディスク種類判別部、  ３１  第１の光源部、  ３２  第２の光源部、  ３３  第３の光源部、  ３４  対物レンズ、    ３６  第１のビームスプリッタ、  ３７  第２のビームスプリッタ、  ３８  第３のビームスプリッタ、  ３９  第１のグレーティング、  ４０  第２のグレーティング、  ４１  第３のグレーティング、  ４２  コリメータレンズ、  ４３  １／４波長板、  ４４  立ち上げミラー、  ４５  光検出器、  ４６  マルチレンズ、  ５０  回折部、  ５１  第１の領域、  ５２  第２の領域、  ５３  第３の領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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