(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録密度の異なる第一、第二の光ディスクの各々に対して、所定の光源から射出された第一、第二の波長を持つ略平行光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載される光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一の波長をλ１（単位：ｎｍ）と定義し、前記第二の波長をλ２（単位：ｎｍ）と定義した場合に、
３８０＜λ１＜４２０
６４０＜λ２＜７００
であり、
前記第一の波長λ１の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第一の光ディスクの保護層をｔ１（単位：ｍｍ）と定義し、前記第二の波長λ２の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第二の光ディスクの保護層をｔ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、
０．０５＜ｔ１＜０．１５
０．５０＜ｔ２＜０．７０
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をＮＡ１と定義し、前記第二の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をＮＡ２と定義した場合に、
ＮＡ１＞ＮＡ２
であり、
光源側の面又は前記光ディスク側の面の少なくとも一方に、
前記第一の波長λ１の光束を前記第一の光ディスクの記録面上に、前記第二の波長λ２の光束を前記第二の光ディスクの記録面上に、それぞれ収束させる第一領域であって、光軸を中心とする同心状の複数の屈折面に分割され、互いに隣り合う該屈折面の境界において入射光束に対して光路長差を付与する第一の段差を有し、該第一の段差を透過した第一の波長λ１、第二の波長λ２の各光束使用時における回折効率が最大となる回折次数が共に１次である第一領域と、
前記第一の波長λ１の光束を前記第一の光ディスクの記録面上に収束させて、前記第二の波長λ２の光束を前記第一、前記第二の光ディスクの何れの記録面上にも収束させない、前記第一領域の外側に配置された第二領域であって、前記光軸を中心とする同心状の複数の屈折面に分割され、互いに隣り合う該屈折面の境界において入射光束に対して光路長差を付与する第二の段差を有する第二領域と、
を有し、
前記第二の段差には、前記第二領域における前記第一の波長λ１の光束に対する光利用効率に影響を与えるダレが形成され、
前記第一領域における回折効率をηinと定義し、前記第二領域の光軸と垂直な平面での投影面積をＳoutと定義し、該第二領域のうち前記ダレが形成された領域の光軸と垂直な平面での投影面積をＳdと定義した場合に、次の条件（１）
０．８０ < ((Ｓout-Ｓd)/Ｓout)２/ηin < １．４５  ・・・  （１）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項２】
記録密度の異なる第一、第二の光ディスクの各々に対して、所定の光源から射出された第一、第二の波長を持つ略平行光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載される光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記第一の波長をλ１（単位：ｎｍ）と定義し、前記第二の波長をλ２（単位：ｎｍ）と定義した場合に、
３８０＜λ１＜４２０
６４０＜λ２＜７００
であり、
前記第一の波長λ１の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第一の光ディスクの保護層をｔ１（単位：ｍｍ）と定義し、前記第二の波長λ２の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる前記第二の光ディスクの保護層をｔ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、
０．０５＜ｔ１＜０．１５
０．５０＜ｔ２＜０．７０
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をＮＡ１と定義し、前記第二の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をＮＡ２と定義した場合に、
ＮＡ１＞ＮＡ２
であり、
光源側の面又は前記光ディスク側の面の少なくとも一方に、
前記第一の波長λ１の光束を前記第一の光ディスクの記録面上に、前記第二の波長λ２の光束を前記第二の光ディスクの記録面上に、それぞれ収束させる第一領域であって、光軸を中心とする同心状の複数の屈折面に分割され、互いに隣り合う該屈折面の境界において入射光束に対して光路長差を付与する第一の段差を有し、該第一の段差を透過した第一の波長λ１、第二の波長λ２の各光束使用時における回折効率が最大となる回折次数が共に１次である第一領域と、
前記第一の波長λ１の光束を前記第一の光ディスクの記録面上に収束させて、前記第二の波長λ２の光束を前記第一、前記第二の光ディスクの何れの記録面上にも収束させない、前記第一領域の外側に配置された第二領域であって、前記光軸を中心とする同心状の複数の屈折面に分割され、互いに隣り合う該屈折面の境界において入射光束に対して光路長差を付与する第二の段差を有する第二領域と、
を有し、
前記第二の段差には、前記第二領域における前記第一の波長λ１の光束に対する光利用効率に影響を与えるダレが形成され、
前記第一領域における回折効率をηinと定義し、前記第二領域における前記ダレの影響を含んだ光利用効率をηoutと定義した場合に、次の条件（２）
０．８０ < ηout/ηin < １．４５  ・・・  （２）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項３】
前記ダレは、前記第二の段差の前記光軸方向における高さと同等の幅を有する、
請求項１または請求項２に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項４】
前記第一領域におけるブレーズ波長をλＢ１と定義した場合に（単位：ｎｍ）次の条件（３）
４５０≦λＢ１≦５３０・・・（３）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項５】
前記第二領域におけるブレーズ波長をλＢ２（単位：ｎｍ）と定義した場合に、次の条件（４）
３９０＜λＢ２＜４２０・・・（４）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項６】
前記第一の波長λ１の光束に対する開口数をＮＡ１’と定義し、前記第二の波長λ２の光束に対する開口数をＮＡ２’と定義した場合に、次の条件（５）、（６）
０．７８＜ＮＡ１’＜０．９０・・・（５）
０．５８＜ＮＡ２’＜０．６８・・・（６）
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項７】
次の条件（７）
０．８５ < ((Ｓout-Ｓd)/Ｓout)２ /ηin < １．１５  ・・・  （７）
を満たすことを特徴とする、請求項１を引用する請求項３から請求項６の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項８】
次の条件（８）
０．８５ < ηout/ηin < １．１５  ・・・  （８）
を満たすことを特徴とする、請求項２を引用する請求項３から請求項６の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項９】
前記第一領域と前記第二領域に含まれる段差の総数は、２０以上であることを特徴とする、請求項１から請求項８の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１０】
前記第二領域に含まれる段差の数は、１以上であることを特徴とする、請求項１から請求項９の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１１】
前記第二領域において前記第一の波長λ１の光束の回折効率が最大となる回折次数が１次であることを特徴とする、請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項１２】
記録密度の異なる第一、第二の光ディスクの各々に対して、所定の光源から射出された第一、第二の波長を持つ略平行光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う光情報記録再生装置において、
請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物レンズと、
前記第一又は前記第二の光ディスクの記録面からの戻り光を検出して所定の信号処理を行う信号処理手段と、
を有することを特徴とする光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、規格の異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録又は再生を行うのに適した構成の光情報記録再生装置用対物レンズ、及び該対物レンズを搭載した光情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクには、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）やＢＤ（Blu-ray Disc）等の記録密度や保護層厚の異なる複数種類の規格が存在する。規格の異なる複数種類の光ディスクが存在するため、光情報記録再生装置に搭載された対物光学系には、各光ディスクに対する互換性が要求される。ここで、互換性とは、使用する光ディスクを切り替えたときに部品交換等をすることなく情報の記録又は再生が保証されることである。
【０００３】
対物光学系が規格の異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を持つためには、ディスク厚（保護層表面から記録面までの光学的距離）に応じて変化する球面収差を補正すると同時に、対物光学系の開口数（ＮＡ）を変化させて記録密度の違いに対応したビームスポットを得る必要がある。一般に、ビームスポットは、波長が短いほど小さく絞られる。そこで、光情報記録再生装置は、光ディスクの記録密度毎に、異なる波長のレーザー光を使用するように構成されている。光情報記録再生装置は、例えばＤＶＤの記録又は再生を行う場合、約６６０ｎｍの波長の光（いわゆる赤色レーザー光）を使用する。ＢＤの記録又は再生を行う場合には、約４０５ｎｍの波長の光（いわゆる青色レーザー光）を使用する。複数種類の規格の光ディスクに対して互換性を持つ光情報記録再生装置の具体的構成例は、特許文献１〜３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６５５７３号公報
【特許文献２】特開２００４−３２６８６２号公報
【特許文献３】特開平７−９８４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、特許文献１や２には、ＢＤとＤＶＤの両規格に対して互換性を持たせるため、光軸を中心とする同心輪帯状の回折構造を対物レンズの一面に設けた光情報記録再生装置が記載されている。回折構造は、ＢＤの記録面に対する青色レーザー光及びＤＶＤの記録面に対する赤色レーザー光の収束に寄与する第一領域と、ＢＤの記録面に対する青色レーザー光の収束にのみ寄与する第二領域とを有している。回折構造は、各規格のレーザー光使用時における回折効率を向上させるため、各規格のレーザー光に対してそれぞれ異なる高次の回折光を使用するように設計されている。しかし、この回折構造は、一段当たりの段差高さが高いため、金型加工や成形が難しいという問題を抱えている。
【０００６】
上記の問題を解消するためには、各規格のレーザー光使用時における回折次数（回折効率が最大となる次数）を共に低次に設定する必要がある。ところが、各回折次数を互いに異なる次数であって低次に設定すると、少なくとも一方の規格のレーザー光使用時における回折効率が低下するという問題が避けられない。そこで、本出願人は、各規格のレーザー光に対して低次かつ同一次数の回折光を使用するように回折構造を設計すべき点に着目した。
【０００７】
ところが、各規格のレーザー光に対して低次かつ同一次数の回折光を使用するように第一領域を設計すると、第一領域における青色レーザー光の回折効率が第二領域における青色レーザー光の回折効率よりも低くなる。青色レーザー光は、瞳中心と瞳周辺とで透過光量が不均一であることから、超解像の影響を受ける。超解像とは、瞳周辺と瞳中心で透過光量が同等である場合よりも、瞳周辺で透過光量が瞳中心と比べて高い場合にスポットサイズが小さく絞られる現象をいう。そのため、光ディスクの記録面に形成されるスポットは、想定されるサイズよりもかなり小さく絞られる。この場合、記録面上のピットに対してスポットが小さすぎるため、情報の記録又は再生が良好に行われないという問題が生じる。
【０００８】
特許文献３に記載の光情報記録再生装置では、レーザー光の周辺ほど光量が低下するという性質を利用して、瞳中心と瞳周辺とで透過光量が不均一になるという問題を是正している。具体的には、コリメートレンズの取り込み角を広く設定することによって対物光学系の周辺部に入射する光量を減らして、周辺部の透過光量を中央部の透過光量に近付けるよう試みている。しかし、この場合、コリメートレンズの焦点距離に対する設計上の制約が厳しく、対物光学系の結像倍率を自由に設定し難くなるという問題がある。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＢＤやＤＶＤ等の規格の異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録又は再生を行うのに好適に構成された光情報記録再生装置用対物レンズ、及び該対物レンズを搭載した光情報記録再生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、記録密度の異なる第一、第二の光ディスクの各々に対して、所定の光源から射出された第一、第二の波長を持つ略平行光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載されたレンズである。なお、第一の波長λ１（単位：ｎｍ）、第二の波長λ２（単位：ｎｍ）はそれぞれ、
３８０＜λ１＜４２０
６４０＜λ２＜７００
を満たす。第一の波長λ１の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる第一の光ディスクの保護層ｔ１（単位：ｍｍ）、第二の波長λ２の光束を用いて情報の記録又は再生が行われる第二の光ディスクの保護層ｔ２（単位：ｍｍ）はそれぞれ、
０．０５＜ｔ１＜０．１５
０．５０＜ｔ２＜０．７０
を満たす。第一、第二の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数ＮＡ１、ＮＡ２は、
ＮＡ１＞ＮＡ２
を満たす。
【００１１】
本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、光源側の面又は光ディスク側の面の少なくとも一方に、第一の波長λ１の光束を第一の光ディスクの記録面上に、第二の波長λ２の光束を第二の光ディスクの記録面上に、それぞれ収束させる第一領域であって、光軸を中心とする同心状の複数の屈折面に分割され、互いに隣り合う該屈折面の境界において入射光束に対して光路長差を付与する第一の段差を有し、該第一の段差を透過した第一の波長λ１、第二の波長λ２の各光束使用時における回折効率が最大となる回折次数が共に１次である第一領域を有する。そして、第一領域の外側に、第一の波長λ１の光束を第一の光ディスクの記録面上に収束させて、第二の波長λ２の光束を第一、第二の光ディスクの何れの記録面上にも収束させない第二領域であって、光軸を中心とする同心状の複数の屈折面に分割され、互いに隣り合う該屈折面の境界において入射光束に対して光路長差を付与する第二の段差を有する第二領域とを有する。この光情報記録再生装置用対物レンズは、第一領域における回折効率をηinと定義し、第二領域の光軸と垂直な平面での投影面積をＳoutと定義し、前記第二領域において段差位置から光軸方向の段差高さと同等の幅のダレがあるとした時の光軸と垂直な平面での投影面積をＳdと定義した場合に、次の条件（１）
０．８０ < ((Ｓout-Ｓd)/Ｓout)２ /ηin < １．４５  ・・・  （１）
を満たすように構成される。
【００１２】
条件（１）を満たす、つまり、第一領域でのブレーズ波長を第二領域の段差数に応じて適切にコントロールすることにより（別の表現をすると、第一領域での回折効率と第二領域での輪帯損失を考慮した透過率とを近付けることにより）、第一領域と第二領域の透過光量のバランスが取れて、第一の光ディスクの記録面に良好なスポットが形成される。輪帯損失は、金型加工での精度や成形での転写性の影響で輪帯ダレが発生することにより、実質的に光が集光に寄与しなくなることをいう。条件（１）の上限を上回る場合、第二領域の透過光量が第一領域の透過光量と比べて過剰である。よって、超解像の影響が避けられず、第一の光ディスクの記録面上でスポットが絞られすぎる。条件（１）の下限を下回る場合は、第二領域の透過光量が非常に少なくなる。すなわち、第二領域が第一の波長λ１の光束に対して実質的に開口制限機能を持つ領域として作用するため、ＮＡが変化して、第一の光ディスクの記録面に良好なスポットが形成されない。
【００１３】
なお、第一領域の回折効率ηinは以下のように定義される。
ηin=sinc2(α-1)
α=λＢ１[n(λ１)-１]/{λ１[n(λＢ１)-１]}
λＢ１：第一領域のブレーズ波長（単位：ｎｍ）
n(λ１)：波長λ１での屈折率
n(λＢ１)：波長λＢ１での屈折率
【００１４】
また、Ｓoutは、第二領域の光軸と垂直な平面における投影面積（光軸方向に投影された当該平面上での第二領域の投影面積）であり、Ｓｄは、第二領域における光軸と垂直な平面での段差部分の光量損失の影響を受ける投影面積（Ｓoutのうち、段差のダレによる光量損失の影響を受ける部分の投影面積）である。
【００１５】
本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、第二領域における段差ダレを含めた光利用効率をηoutと定義した場合に、条件（１）に代えて次の条件（２）
０．８０ < ηout /ηin < １．４５  ・・・  （２）
を満たす構成としてもよい。説明を加えると、ηoutは、回折効率とダレによる損失を考慮した数値であって、第二領域において段差構造を持たない形状とした場合の透過率に対する、第二領域において段差構造を持つ場合の透過率の割合である。
【００１６】
条件（２）を満たす、つまり、第一領域でのブレーズ波長を第二領域の光利用効率に応じて適切にコントロールすることにより、第一領域と第二領域の透過光量のバランスが取れて、第一の光ディスクの記録面に良好なスポットが形成される。条件（２）の上限を上回る場合、第二領域の透過光量が第一領域の透過光量と比べて過剰である。よって、超解像の影響が避けられず、第一の光ディスクの記録面上でスポットが絞られすぎる。条件（２）の下限を下回る場合は、第二領域の透過光量が非常に少なくなる。すなわち、第二領域が第一の波長λ１の光束に対して実質的に開口制限機能を持つ領域として作用するため、ＮＡが変化して、第一の光ディスクの記録面に良好なスポットが形成されない。
【００１７】
本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、第一領域におけるブレーズ波長λＢ１が（単位：ｎｍ）次の条件（３）
４５０≦λＢ１≦５３０・・・（３）
を満たす構成としてもよい。
【００１８】
条件（３）を満たすことにより、第一領域と第二領域の透過光量のバランスがより一層好適で、例えば超解像によるスポット形状への影響が更に軽減される。条件（３）の下限を下回る場合、第一領域における第二の波長λ２の光束の回折効率が低下して、第二の光ディスクに対する情報の記録又は再生が良好に行われない。条件（３）の上限を上回る場合は、第一領域の透過光量が少なくなりすぎて、超解像によるスポット形状の劣化が懸念される。この種の劣化を抑制するために第二領域の透過光量を減らすと、光量不足が原因で第一の光ディスクに対する情報の記録又は再生が良好に行われないという別の弊害が生じる。
【００１９】
本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、第二領域におけるブレーズ波長をλＢ２（単位：ｎｍ）と定義した場合に、次の条件（４）
３９０＜λＢ２＜４２０・・・（４）
を満たす構成としてもよい。
【００２０】
条件（４）を満たすことにより、第二領域における第一の波長λ１の光束の回折効率がほぼ１００％になる。条件（４）を外れると、第二領域における第一の波長λ１の光束の回折効率が低下するため、望ましくない。
【００２１】
本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、第一の波長λ１の光束に対する開口数をＮＡ１’と定義し、第二の波長λ２の光束に対する開口数をＮＡ２’と定義した場合に、次の条件（５）、（６）
０．７８＜ＮＡ１’＜０．９０・・・（５）
０．５８＜ＮＡ２’＜０．６８・・・（６）
を満たす構成としてもよい。
【００２２】
本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、第一領域と第二領域の透過光量をより一層バランス良くして、例えば超解像によるスポット形状への影響をより一層軽減するため、次の条件（７）
０．８５ < ((Ｓout-Ｓd)/Ｓout)２/ηin < １．１５  ・・・  （７）
を満たす構成であることが望ましい。
【００２３】
また、本発明に係る光情報記録再生装置用対物レンズは、条件（７）に代えて次の条件（８）
０．８５ < ηout/ηin < １．１５  ・・・  （８）
を満たす構成としてもよい。
【００２４】
第一領域と第二領域に含まれる段差の総数は、例えば２０以上である。そのうち、第二領域に含まれる段差の数は、例えば１以上である。
【００２５】
第二領域において第一の波長λ１の光束の回折効率が最大となる回折次数は、例えば１次である。第二領域において第一の波長λ1の光束の回折効率が最大となる次数は、回折効率がλ1に最適化されているため、２次、３次、５次等の高次の次数であってもよい。
【００２６】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る光情報記録再生装置は、記録密度の異なる第一、第二の光ディスクの各々に対して、所定の光源から射出された第一、第二の波長を持つ略平行光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う装置であり、上記の何れかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズと、第一又は第二の光ディスクの記録面からの戻り光を検出して所定の信号処理を行う信号処理手段とを有する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ＢＤやＤＶＤ等の規格の異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録又は再生を行うのに好適に構成された光情報記録再生装置用対物レンズ、及び該対物レンズを搭載した光情報記録再生装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態の光情報記録再生装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態の対物レンズの構成を概略的に示す図である。
【図３】段差のダレを説明するための図である。
【図４】条件（１）の値に対するスポットサイズの変化を説明するためのグラフである。
【図５】本発明の実施例１において各規格の光ディスクを使用した時の球面収差を示す図である。
【図６】本発明の実施例２において各規格の光ディスクを使用した時の球面収差を示す図である。
【図７】本発明の実施例３において各規格の光ディスクを使用した時の球面収差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態の光情報記録再生装置について説明する。本実施形態の光情報記録再生装置は、保護層厚や記録密度等の仕様が異なる二種類の光ディスクに対して互換性を有している。なお、本明細書において、光情報記録再生装置と記した場合には、「情報の記録専用装置」、「情報の再生専用装置」、「情報の記録及び再生兼用装置」の全てを含む。
【００３０】
以下においては、説明の便宜上、上記二種類の光ディスクのうち、例えばＢＤ等の高記録密度の光ディスクを光ディスクＤ１と記し、ＢＤよりも記録密度の低いＤＶＤやＤＶＤ−Ｒ等の光ディスクを光ディスクＤ２と記す。
【００３１】
光ディスクＤ１、Ｄ２の保護層厚（保護層表面から記録対象又は再生対象の記録面までの光学的距離）をそれぞれｔ１（単位：ｍｍ）、ｔ２（単位：ｍｍ）と定義すると、次の関係が成立する。
ｔ１＜ｔ２
各保護層厚の具体的寸法は、製品個体差を考慮すると、次に示す範囲内の数値である。
０．０５＜ｔ１＜０．１５
０．５０＜ｔ２＜０．７０
【００３２】
光ディスクＤ１、Ｄ２の各々に対して情報の記録又は再生を行う場合、記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるように、必要とされる開口数（ＮＡ）の値を変化させる必要がある。ここで、光ディスクＤ１、Ｄ２の各々に対する情報の記録時又は再生時に必要とされる最適な設計開口数を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２と定義すると、次の関係が成立する。
ＮＡ１＞ＮＡ２
すなわち、記録密度の高い光ディスクＤ１使用時には、光ディスクＤ２使用時よりも小径なスポットの形成が要求されるため、ＮＡが高くなる。ＮＡ１は、例えば０．８５であり、ＮＡ２は、例えば０．６０である。
【００３３】
上記のように記録密度の異なる光ディスクＤ１、Ｄ２を使用する場合、各記録密度に対応したビームスポットが得られるように、光情報記録再生装置内において、それぞれ異なる波長のレーザー光が使用される。具体的には、光ディスクＤ１使用時には、小径のビームスポットを光ディスクＤ１の記録面上に形成するため、波長λ１（単位：ｎｍ）のレーザー光を光源から射出する。光ディスクＤ２使用時には、光ディスクＤ１使用時よりも径の大きいビームスポットを光ディスクＤ２の記録面上に形成するため、波長λ１より長い波長λ２（単位：ｎｍ）のレーザー光を光源から射出する。すなわち、各波長には、次の関係が成立する。
λ１＜λ２
各波長は、使用環境及び製品個体差を考慮すると、次に示される範囲で変動する。
３８０＜λ１＜４２０
６４０＜λ２＜７００
【００３４】
図１は、本実施形態の光情報記録再生装置１００の構成を概略的に示す図である。光情報記録再生装置１００は、対物レンズ１０、ＢＤ用モジュール２１、ＤＶＤ用モジュール２２、ビームコンバイナ２３、コリメートレンズ２４を有している。図１に示される一点鎖線は、光情報記録再生装置１００の基準軸ＡＸである。対物レンズ１０の光軸は、通常、基準軸ＡＸと一致する。但し、対物レンズ１０は、図示省略された周知のトラッキング機構による光ディスクに対する半径方向の移動によって、光軸が基準軸ＡＸから外れる状態も起こり得る。
【００３５】
また、図１中、実線で示されるレーザー光束Ｌ１は、光ディスクＤ１への入射光又はその戻り光である。点線で示されるレーザー光束Ｌ２は、光ディスクＤ２の入射光又はその戻り光である。対物レンズ１０は、図示省略された周知のフォーカシング機構によって光軸方向に移動自在である。対物レンズ１０は、光ディスクＤ１使用時には図１中実線で示される位置に移動して、光ディスクＤ２使用時には図１中点線で示される位置に移動する。
【００３６】
ＢＤ用モジュール２１、ＤＶＤ用モジュール２２は、半導体レーザーと受光センサとを一体化した素子である。ＢＤ用モジュール２１は、波長λ１のレーザー光束Ｌ１を射出する半導体レーザーを、ＤＶＤ用モジュール２２は、波長λ２のレーザー光束Ｌ２を射出する半導体レーザーを、それぞれ備える。
【００３７】
光ディスクＤ１の使用時には、ＢＤ用モジュール２１を動作させる。ＢＤ用モジュール２１の半導体レーザーが射出したレーザー光束Ｌ１は、ビームコンバイナ２３を介してコリメートレンズ２４に入射する。コリメートレンズ２４は、入射したレーザー光束Ｌ１を平行光束に変換して、対物レンズ１０に向けて射出する。対物レンズ１０は、入射した平行光束Ｌ１を光ディスクＤ１の記録面近傍に収束させる。収束したレーザー光束Ｌ１は、光ディスクＤ１の記録面上にスポットを形成する。光ディスクＤ１の記録面で反射したレーザー光束Ｌ１は、入射時と同一の光路を戻り、ＢＤ用モジュール２１に設けられた受光センサによって受光される。
【００３８】
光ディスクＤ２の使用時には、ＤＶＤ用モジュール２２を動作させる。ＤＶＤ用モジュール２２の半導体レーザーが射出したレーザー光束Ｌ２は、ビームコンバイナ２３によって光路が折り曲げられて、コリメートレンズ２４に入射する。コリメートレンズ２４は、レーザー光束Ｌ１と同様に、入射したレーザー光束Ｌ２を平行光束に変換して、対物レンズ１０に向けて射出する。対物レンズ１０は、入射した平行光束Ｌ２を光ディスクＤ２の記録面近傍に収束させる。収束したレーザー光束Ｌ２は、光ディスクＤ２の記録面上にスポットを形成する。光ディスクＤ２の記録面で反射したレーザー光束Ｌ２は、入射時と同一の光路を戻り、ＤＶＤ用モジュール２２に設けられた受光センサによって受光される。
【００３９】
各モジュールに設けられた受光センサは、受光した戻り光を検出して、周知の構成を持つ信号処理回路３０に出力する。信号処理回路３０は、受光センサの出力を基に、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、光ディスクに記録された情報の再生信号等を検出する。なお、対物レンズ１０には、何れの光ディスクを使用する際にも平行光束が入射する。そのため、対物レンズ１０がトラッキング動作によって光軸と直交する方向に微小量移動（いわゆるトラッキングシフト）した場合であっても、コマ収差等の軸外収差が発生しない。
【００４０】
ところで、光ディスクＤ１使用時と光ディスクＤ２使用時とでは、保護層厚の相違に起因して、発生する球面収差量が変化する。例えば、光情報記録再生装置１００を光ディスクＤ１に最適に設計した場合、光ディスクＤ２使用時に保護層厚の差に起因して球面収差が補正過剰になり、光ディスクＤ２の利用に適さない。光情報記録再生装置１００を光ディスクＤ２に最適に設計した場合は、光ディスクＤ１使用時に保護層厚の差に起因して球面収差が補正不足になり、光ディスクＤ１の利用に適さない。光ディスクＤ１とＤ２に対して互換性を持たせる、つまり両規格の光ディスクに対する情報の記録又は再生を保証するためには、何れの光ディスク使用時であっても球面収差を良好に補正することが求められる。また、記録密度（ピットサイズ）に対応したサイズのビームスポットを各光ディスクの記録面に形成して、再生信号等のＳ／Ｎ比を向上させることも求められる。本実施形態においては、これらの要求に応えるべく、対物レンズ１０を次のように構成している。
【００４１】
図２（ａ）は、対物レンズ１０の正面図を、図２（ｂ）は、対物レンズ１０の側断面図を、それぞれ示す。対物レンズ１０は、前述の通り、規格の異なる複数種類の光ディスク（光ディスクＤ１、Ｄ２）に対して互換性を有する光情報記録再生装置１００の光ヘッドに適用され、光源である半導体レーザーから射出されたレーザー光束を各光ディスクの記録面に収束させる機能を有している。
【００４２】
対物レンズ１０は、コリメートレンズ２４に対向する第一面１０ａと、光ディスクに対向する第二面１０ｂとを有する両凸の樹脂製単レンズである。第一面１０ａ、第二面１０ｂは共に非球面である。非球面の形状は、光軸からの高さがｈ（単位：ｍｍ）となる非球面上の座標点の該非球面の光軸上での接平面からの距離（サグ量）をＳＡＧと定義し、非球面の光軸上での曲率を１／ｒ（但し、ｒ（単位：ｍｍ）は曲率半径）と定義し、円錐係数をκと定義し、４次以上の偶数次の非球面係数をＡ４、Ａ６、・・・と定義した場合に、次の式で表される。対物レンズ１０の各レンズ面を非球面にすることにより、球面収差やコマ収差等の諸収差を適切にコントロールすることが可能になる。
【数１】
0005584552.tif 000002
【００４３】
図２（ａ）に示されるように、対物レンズ１０の第一面１０ａは、光軸を中心とする円形の第一領域ＲＣと、第一領域ＲＣの外側に配置された円環状の第二領域ＲＥを有する。第一領域ＲＣと第二領域ＲＥを含む全域に、輪帯構造が設けられている。この輪帯構造は、図２（ａ）又は図２（ｂ）の拡大図に示されるように、同心状に分割された複数の屈折面と各屈折面の境界において光軸に沿って延びる複数の微小な段差からなる。第一領域ＲＣと第二領域ＲＥを含む全域に設けられた段差の合計数は、例えば２０以上である。そのうち、第二領域ＲＥには、１つ以上の段差が設けられている。輪帯構造は、第二面１０ｂにだけ設けられてもよく、又は第一面１０ａと第二面１０ｂの両面に設けられてもよい。なお、図２（ｂ）の拡大図中の段差は、後述するダレのない理想的な段差形状を示している。
【００４４】
輪帯構造を第二面１０ｂでなく第一面１０ａに設けた場合、例えば輪帯構造の最小輪帯幅をより広く設計することができ、有効光束幅に対する輪帯の段差部分による光量損失を抑えることができるメリットがある。また、回転する光ディスクと向き合わず第二面１０ｂに対するゴミ等の付着の心配が増えない、対物レンズ１０がレンズクリーナーを用いて擦られた場合に輪帯構造が摩耗する虞がない、などのメリットがある。
【００４５】
輪帯構造の段差は、各屈折面の境界の内側を透過する光束と外側を透過する光束との間で所定の光路長差が生じるように設計される。この構造を一般に回折構造と称することができる。所定の光路長差が特定の波長λαのｎ倍（ｎは整数）となるように設計された輪帯構造は、ブレーズ波長λαのｎ次回折構造と称することができる。ここで、回折構造に特定の波長λβの光束を透過させた際に最も回折効率が高くなる回折光の回折次数は、波長λβの光束に対して与えられる光路長差を波長λβで割ったときの値に最も近い整数ｍとして求まる。
【００４６】
他にも、各屈折面の境界の内側を透過する光束と外側を透過する光束との間に光路長差が生じるということは、互いの位相が、輪帯構造の段差の作用によってずれると捉えることもできる。したがって輪帯構造は、入射光束の位相をシフトする構造、つまり、位相シフト構造と称することもできる。
【００４７】
輪帯構造は、光路差関数φ（ｈ）によって表すことができる。光路差関数φ（ｈ）は、対物レンズ１０の回折レンズとしての機能を光軸からの高さｈにおける光路長付加量の形で表現した関数であり、輪帯構造における各段差の設置位置を規定する。光路差関数φ（ｈ）は、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数をそれぞれＰ２、Ｐ４、Ｐ６、・・・と定義し、使用される（入射する）レーザー光の設計波長をλと定義し、入射光束の回折効率が最大となる回折次数をｍと定義した場合に、次の式により表される。
φ(h)=(P2h2+P4h4+P6h6+P8h8+P10h10+P12h12)mλ
【００４８】
第一領域ＲＣに設けられた輪帯構造は、レーザー光束Ｌ１、Ｌ２の何れの収束にも寄与する、具体的には、レーザー光束Ｌ１を光ディスクＤ１の記録面上に収束させると共に、レーザー光束Ｌ２を光ディスクＤ２の記録面上に収束させるように構成されている。第一領域ＲＣに設けられた輪帯構造は、回折構造として捉えた場合、レーザー光束Ｌ１、Ｌ２で回折効率が最大となる回折次数が共に１次であるように設計されている。
【００４９】
レーザー光束Ｌ１、Ｌ２に対して１次回折光を使用するように第一領域ＲＣを設計することにより、レーザー光束Ｌ１使用時における回折効率と、レーザー光束Ｌ２使用時における回折効率とのバランスをとることができ、一方の回折効率が低くなりすぎるという問題が有効に避けられる。また、必要な光路長付加量が少ないため、段差が低く、金型加工や成形が容易である。
【００５０】
第二領域ＲＥに設けられた輪帯構造は、レーザー光束Ｌ１の収束にのみ寄与する、具体的には、レーザー光束Ｌ１を光ディスクＤ１の記録面上に収束させると共に、レーザー光束Ｌ２を何れの光ディスクの記録面にも収束させないように構成されている。すなわち、第二領域ＲＥは、レーザー光束Ｌ２に対する開口制限機能を持つ領域として定義される。第二領域ＲＥに設けられた輪帯構造は、光ディスクＤ１専用に設計されており、レーザー光束Ｌ１使用時における回折効率がほぼ１００％になるように設計されている。
【００５１】
第二領域ＲＥは、光ディスクＤ１専用に設計された領域であるため、レーザー光束Ｌ１使用時における回折効率が第一領域ＲＣよりも高い。そのため、レーザー光束Ｌ１に関して、瞳中心と瞳周辺とで透過光量が不均一になり得る。これにより、超解像の影響を受けて、光ディスクＤ１の記録面上でスポットが絞られすぎるという問題が懸念される。そこで、本実施形態においては、第二領域ＲＥの段差に生じるダレによる光量損失を加味した透過率と、第一領域ＲＣの回折効率とのバランスを考慮することにより、超解像によるスポット形状への影響を軽減する。
【００５２】
図３は、段差のダレを説明するための図である。図３中、斜線部分の形状がダレの生じた段差形状を、破線で示す形状がダレのない理想的な段差形状を、それぞれ示す。図３の模式図では、各段差には、段差高さＤとほぼ同じ幅Δｈ（＝ｈ２−段差位置ｈ１）のダレが生じている。
【００５３】
射出成形において、樹脂は、金型の段差形状が微細構造であるため、段差形状の奥深くにまで充填しきらないことがある。図３に例示される段差のダレは、主として、樹脂の充填不足によって角が丸みを帯びた状態で転写されたために生じた形状誤差である。段差のダレは、光量を損失させる原因であり、望ましくない。
【００５４】
各段差のダレによる光量損失は、段差に対するダレの大きさに応じて変化する。定性的には、段差に対するダレの大きさが大きいほど光量損失の割合が多くなる。また、ダレの大きさは、光軸方向の段差の設計寸法が大きいほど大きくなる。光量損失への影響は光軸と垂直な平面での投影面積に依存するため、投影面積が小さい第一領域ＲＣに形成される段差のダレよりも、面積の大きい第二領域ＲＥの段差のダレの影響が大きい。さらに説明を加えると、透過光量は第二領域ＲＥの投影面積のうちダレの影響を受けない投影面積の割合の２乗に比例する。
【００５５】
対物レンズ１０は、第二領域ＲＥにおけるレーザー光束Ｌ１の透過光量（以下、「周辺側透過光量」と記す。）と、第一領域ＲＣにおけるレーザー光束Ｌ１の透過光量（以下、「中央側透過光量」と記す。）とのバランスを取り、超解像によるスポット形状への影響を軽減するように構成されている。具体的には、対物レンズ１０は、輪帯構造を持つ第一面１０ａの有効光束径において第一領域ＲＣにおける回折効率をηinと定義し、第二領域ＲＥの光軸と垂直な平面での投影面積をＳoutと定義し、前記第二領域において段差位置から光軸方向の段差高さと同等の幅のダレがあるとした時の光軸と垂直な平面での投影面積をＳdと定義した場合に、次の条件（１）、
０．８０ < ((Ｓout-Ｓd)/Ｓout)２ /ηin < １．４５  ・・・  （１）
を満たすように構成されている。補足すると、Ｓoutは、光軸方向に投影された、光軸と垂直な平面上での第二領域ＲＥの投影面積であって、例えば図２（ａ）中紙面に現れている第二領域ＲＥの面積である。Ｓdは、Ｓoutのうち、段差のダレによる光量損失の影響を受ける部分の投影面積であって、例えば図３中幅Δｈのダレ部分が占める面積である。ダレ部分が占める面積は、
π×｛（ｈ２）２−（ｈ１）２｝≒π×｛（ｈ１＋Ｄ）２−（ｈ１）２｝
で表される。
【００５６】
条件（１）は、第一領域ＲＣと第二領域ＲＥの透過光量の比率を規定する。条件（１）を満たす場合、第二領域ＲＥにおける透過光量と第一領域ＲＣにおける回折効率がほぼ同等となることが分かる。すなわち、条件（１）を満たすと、周辺側透過光量と中央側透過光量とのバランスが取れて、超解像によるスポット形状への影響が軽減される。
【００５７】
条件（１）の上限を上回る場合、第二領域ＲＥでの透過光量が第一領域ＲＣの回折効率よりも大きい、つまり周辺側透過光量が中央側透過光量と比べて過剰である。よって、超解像の影響が避けられず、光ディスクＤ１の記録面上でスポットが絞られすぎる。条件（１）の下限を下回る場合は、第二領域ＲＥの光量損失が非常に多いため、周辺側透過光量が非常に小さくなる。すなわち、第二領域ＲＥがレーザー光束Ｌ１に対しても実質的に開口制限機能を持つ領域として作用するため、ＮＡが変化して、光ディスクＤ１の記録面に良好なスポットが形成されない。
【００５８】
本実施形態の対物レンズ１０は、第二領域ＲＥに段差を設けることによって、温度変化時に発生する球面収差が良好に補正される。これは、対物レンズ周辺部の入射光量を単に減らすという特許文献３に記載の構成と比べて有利である。
【００５９】
本実施形態においては、超解像によるスポット形状への影響を対物レンズ１０単体で軽減できるため、光情報記録再生装置１００の小型化に有利である。
【００６０】
図４は、条件（１）の値に対するスポットサイズの変化を説明するためのグラフである。図４（ａ），（ｂ）の縦軸は、透過率（正規化のため単位無し）を、横軸は、瞳座標（単位：ｍｍ）を、それぞれ示す。図４（ｃ）の縦軸は、光ディスクＤ１の記録面に形成されるスポットのサイズ（単位：μｍ）を、横軸は、条件（１）の値を、それぞれ示す。なお、スポットサイズは、周辺側透過光量と中央側透過光量とのバランスが取れているときのサイズほど理想的である。図４（ｃ）中、条件（１）の値が１に近いスポットサイズほど理想的である。まず、条件（１）を満たす３例に着目して説明をする。
【００６１】
実施例１は、有効光束径内の段差総量に対する第二領域ＲＥ内の段差総量の割合が多く、図４（ａ）に示されるように、第二領域ＲＥ内での透過率が低い。実施例２は、有効光束径内の段差総量に対する第二領域ＲＥ内の段差総量の割合が実施例１よりも少なく、図４（ａ）に示されるように、第二領域ＲＥ内での透過率が実施例１よりも高い。実施例３は、有効光束径内の段差総量に対する第二領域ＲＥ内の段差総量の割合が実施例２よりも少なく、図４（ｂ）に示されるように、第二領域ＲＥ内での透過率が実施例２よりも高い。実施例２は、実施例１と比べて、周辺側透過光量が中央側透過光量に対して多いから、超解像の影響を実施例１よりも受ける。また、実施例３は、実施例２と比べて、周辺側透過光量が中央側透過光量に対して多いから、超解像の影響を実施例２よりも受ける。そのため、図４（ｃ）に示されるように、スポットが実施例３、実施例２、実施例１の順に小さい。図４の例によれば、スポットは、条件（１）の値が大きいほど絞られる。しかし、条件（１）を満たす限りは、過剰に絞られることがなく、理想的なサイズに近い。
【００６２】
図４（ｃ）に示される１５例は、何れも条件（１）を満たしており、スポットサイズが０．３８４〜０．４０１の範囲に収まっている。各実施例は、理想的なスポットサイズ（条件（１）の値が１であるときのスポットサイズであり、約０．３９５μｍ）と比べても＋１．５％程度〜−３．０％程度の範囲に収まる。そのため、光ディスクＤ１に対する情報の記録又は再生が依然として良好に行われることが分かる。なお、スポットサイズが理想サイズに対して大きい場合、理想サイズに対して小さい場合と比べてジッター等の悪影響が大きい。そのため、条件（１）は、許容する理想と現実のスポットサイズ差が、スポットサイズが大きい場合の方が厳しくなる（小さく）ように設定されている。
【００６３】
条件（１）は、次の条件（２）
０．８０ < ηout /ηin < １．４５  ・・・  （２）
に置き換えることもできる。ηoutは、第二領域ＲＥにおける段差ダレを含めた光利用効率である。説明を加えると、ηoutは、回折効率とダレによる損失を考慮した数値であって、第二領域ＲＥにおいて段差構造を持たない形状とした場合の透過率に対する、第二領域ＲＥにおいて段差構造を持つ場合の透過率の割合である。
【００６４】
また、第一領域ＲＣにおけるブレーズ波長λＢ１（単位：ｎｍ）を適切に設定することによってスポット形状の最適化だけでなく、それぞれの光ディスクにおける透過光量のバランスを取ることが可能である。下記の表１は、ブレーズ波長λＢ１と、第一領域ＲＣにおけるレーザー光束Ｌ１の回折効率（表１中ＢＤ）及び第一領域ＲＣにおけるレーザー光束Ｌ２の回折効率（表１中ＤＶＤ）との関係を示す。表１に示されるように、ブレーズ波長λＢ１を波長λ１に近付けるほどレーザー光束Ｌ１の回折効率が大きくなる。一方、ブレーズ波長λＢ１を波長λ２に近付けるほどレーザー光束Ｌ２の回折効率が小さくなるため、中央側透過光量が減少する。
【００６５】
【表１】
0005584552.tif 000003
【００６６】
周辺側透過光量と中央側透過光量とのバランスを取り、超解像によるスポット形状への影響を軽減させるためには、中央側透過光量を増加させて周辺側透過光量に近付けることが望ましい。但し、中央側透過光量を増加させすぎると、第一領域ＲＣにおけるレーザー光束Ｌ２の回折効率が低下するという問題が生じる。そこで、ブレーズ波長λＢ１は、次の条件（３）を満たす範囲で設定されている。
４５０≦λＢ１≦５３０・・・（３）
【００６７】
条件（３）を満たすことにより、レーザー光束Ｌ１、Ｌ２の何れの使用時においても６５％以上の回折効率が確保される（表１参照）。条件（３）の下限を下回る場合、第一領域ＲＣにおけるレーザー光束Ｌ２の回折効率が低すぎて、光ディスクＤ２に対する情報の記録又は再生が良好に行われない。条件（３）の上限を上回る場合は、第一領域ＲＣにおけるレーザー光束Ｌ１の回折効率が低すぎて、光ディスクＤ１に対する情報の記録又は再生が良好に行われない。
【００６８】
対物レンズ１０は、第二領域ＲＥにおけるブレーズ波長をλＢ２（単位：ｎｍ）と定義した場合に、次の条件（４）
３９０＜λＢ２＜４２０・・・（４）
を満たすように構成される。
【００６９】
条件（４）を満たすことにより、光ディスクＤ１専用領域である第二領域ＲＥでレーザー光束Ｌ１の回折効率がほぼ１００％になる。条件（４）を外れると、レーザー光束Ｌ１の回折効率の低下が顕著である。この場合、周辺側透過光量と中央側透過光量とのバランスを保つためには、周辺側透過光量の低下に合わせて中央側透過光量も低下させる必要がある。しかし、中央側透過光量も低下させると、光ディスクＤ１に対する情報の記録又は再生に必要な光量が不足するため、望ましくない。
【００７０】
対物レンズ１０は、レーザー光束Ｌ１に対する開口数をＮＡ１’と定義し、レーザー光束Ｌ２に対する開口数をＮＡ２’と定義した場合に、次の条件（５）、（６）、
０．７８＜ＮＡ１’＜０．９０・・・（５）
０．５８＜ＮＡ２’＜０．６８・・・（６）
を満たすように構成される。すなわち、対物レンズ１０のＮＡ１’、ＮＡ２’は、光ディスクＤ１、Ｄ２に対する情報の記録又は再生に好適な値である。
【００７１】
対物レンズ１０は、超解像によるスポット形状への影響をより一層軽減するためには、次の条件（７）
０．８５ < ((Ｓout-Ｓd)/Ｓout)２/ηin < １．１５  ・・・  （７）
を満たす構成であることが望ましい。この条件（７）は、次の条件（８）
０．８５ < ηout/ηin < １．１５  ・・・  （８）
に置き換えることもできる。
【００７２】
次に、これまで説明した対物レンズ１０を搭載する光情報記録再生装置１００の具体的実施例を、１５例説明する。各具体的実施例１〜１５の光情報記録再生装置１００は、図１に示される概略構成を有する。実施例１〜１５の対物レンズ１０は、図２に示される概略構成を有し、第一面１０ａの各段差には図３に示すダレが生じているものとする。実施例１〜１５は、図４（ｃ）に示した１５例に対応する。なお、実施例１〜１５の各数値データから再現される対物レンズ１０の形状の違いは、本件願書に添付可能な図面の縮尺では現れない微差に過ぎない。よって、実施例１〜１５の対物レンズ１０の構成図は、図２を参照し、本件願書への添付を省略する。
【実施例１】
【００７３】
実施例１の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様、具体的には、使用波長、焦点距離、ＮＡ、倍率は、表２に示される。なお、実施例１の各表についての説明は、実施例１以外の他の実施例で提示される各表においても適用される。
【００７４】
【表２】
0005584552.tif 000004
【００７５】
表２中、倍率の値が示すように、光情報記録再生装置１００では、何れの光ディスク使用時であっても、レーザー光束は、平行光束として対物レンズ１０に入射する。これにより、トラッキングした際における軸外収差の発生が有効に避けられる。光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は、表３に示される。
【００７６】
【表３】
0005584552.tif 000005
【００７７】
表３中、面番号１−１は、対物レンズ１０の第一面１０ａの第一領域ＲＣを、面番号１−２は、第一面１０ａの第二領域ＲＥを、面番号２は、対物レンズ１０の第二面１０ｂを、面番号３は、対象となる光ディスクの保護層表面を、面番号４は、対象となる光ディスクの記録面を、それぞれ示す。「ｒ」は、光学部材の各面の曲率半径（単位：ｍｍ）を、「ｄ（４０６ｎｍ）」は、波長λ１に対する光学部材厚又は光学部材間隔（単位：ｍｍ）を、「ｎ（４０６ｎｍ）」は、波長λ１に対する光学部材の屈折率を、「ｄ（６６０ｎｍ）」は、波長λ２に対する光学部材厚又は光学部材間隔（単位：ｍｍ）を、「ｎ（６６０ｎｍ）」は、波長λ２に対する光学部材の屈折率を、それぞれ示す。なお、非球面素子におけるｒは、光軸上での曲率半径を示す。
【００７８】
第一領域ＲＣ（面番号１−１）、第二領域ＲＥ（面番号１−２）、第二面１０ｂ（面番号２）は、非球面である。各非球面形状は、光ディスクＤ１及びＤ２の記録又は再生に最適に設計されている。各非球面形状を規定する円錐係数κ、非球面係数Ａ４、Ａ６、・・・は、表４に示される。各表における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。
【００７９】
【表４】
0005584552.tif 000006
【００８０】
第一領域ＲＣ（面番号１−１）、第二領域ＲＥ（面番号１−２）には、輪帯構造が設けられている。この光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は、表５に示される。
【００８１】
【表５】
0005584552.tif 000007
【００８２】
表５中、回折次数「１／１」は、第一領域ＲＣで回折効率が最大となるレーザー光束Ｌ１、Ｌ２の回折次数が共に１次であることを示す。回折次数「１」は、第二領域ＲＥで回折効率が最大となるレーザー光束Ｌ１の回折次数が１次であることを示す。
【００８３】
第一領域ＲＣ、第二領域ＲＥの各領域に形成される輪帯構造の具体的構成は、表６に示される。表６中、輪帯構造を構成する各輪帯の番号は、光軸側から順に振られている。番号１〜２６の段差位置に対応する段差は、第一領域ＲＣに形成された段差であり、番号２７〜８３の段差位置に対応する段差は、第二領域ＲＥに形成された段差である。
【００８４】
【表６】
0005584552.tif 000008
【実施例２】
【００８５】
実施例２の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様は表７に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表８に、非球面形状を規定する各係数は表９に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表１０に、各領域の輪帯構造の具体的構成は表１１に、それぞれ示される。表１１中、番号１〜１５の段差位置に対応する段差は、第一領域ＲＣに形成された段差であり、番号１６〜３２の段差位置に対応する段差は、第二領域ＲＥに形成された段差である。
【００８６】
【表７】
0005584552.tif 000009
【００８７】
【表８】
0005584552.tif 000010
【００８８】
【表９】
0005584552.tif 000011
【００８９】
【表１０】
0005584552.tif 000012
【００９０】
【表１１】
0005584552.tif 000013
【実施例３】
【００９１】
実施例３の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様は表１２に、光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時における具体的数値構成は表１３に、非球面形状を規定する各係数は表１４に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数は表１５に、各領域の輪帯構造の具体的構成は表１６に、それぞれ示される。表１６中、番号１〜１４の段差位置に対応する段差は、第一領域ＲＣに形成された段差であり、番号１５〜１９の段差位置に対応する段差は、第二領域ＲＥに形成された段差である。
【００９２】
【表１２】
0005584552.tif 000014
【００９３】
【表１３】
0005584552.tif 000015
【００９４】
【表１４】
0005584552.tif 000016
【００９５】
【表１５】
0005584552.tif 000017
【００９６】
【表１６】
0005584552.tif 000018
【００９７】
以上説明した実施例１〜３に実施例４〜１５、比較例１、２を加えた１７例の光情報記録再生装置１００を用いて各光ディスクＤ１、Ｄ２に対する情報の記録又は再生を行った際の光学性能を検証する。実施例４〜７の対物レンズ１０は、実施例１の対物レンズ１０と段差位置が同一で、第一領域ＲＣのブレーズ波長のみ異なるため、段差高さＤが異なる。実施例８〜１１の対物レンズ１０は、実施例２の対物レンズ１０と段差位置が同一で、第一領域ＲＣのブレーズ波長のみ異なるため、段差高さＤが異なる。実施例１２〜１５の対物レンズ１０は、実施例３の対物レンズ１０と段差位置が同一で、第一領域ＲＣのブレーズ波長のみ異なるため、段差高さＤが異なる。比較例１、２の対物レンズはそれぞれ、輪帯構造を規定するブレーズ波長λＢ１が実施例１、２の対物レンズ１０と異なる。
【００９８】
表１７は、実施例１〜１５、比較例１、２に関する各条件（１）〜（８）の値、及び光ディスクＤ１の記録面上に形成されるスポットのサイズを示す表である。図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、実施例１（又は実施例４〜７の何れか）において光ディスクＤ１、Ｄ２を使用した時の球面収差を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、実施例２（又は実施例８〜１１の何れか）において光ディスクＤ１、Ｄ２を使用した時の球面収差を示す図である。図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、実施例３（又は実施例１２〜１５の何れか）において光ディスクＤ１、Ｄ２を使用した時の球面収差を示す図である。図５〜７の各図の縦軸は入射瞳座標を、横軸は球面収差量（単位：λｒｍｓ）を示す。また、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）中、実線、点線、一点鎖線はそれぞれ、レーザー光束Ｌ１の波長λ１が４０６ｎｍ、４１１ｎｍ、４０１ｎｍである時の球面収差を示す。図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）中、実線、点線、一点鎖線はそれぞれ、レーザー光束Ｌ２の波長λ２が６６２ｎｍ、６６７ｎｍ、６５７ｎｍである時の球面収差を示す。
【００９９】
【表１７】
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【０１００】
表１７に示されるように、比較例１又は比較例２の構成では、条件（１）が満たされない。具体的には、比較例１は、条件（１）の下限を下回るため、第二領域ＲＥの透過光量が非常に少なくなり、第二領域ＲＥがレーザー光束Ｌ１に対して実質的に開口制限機能を持つ領域として作用する。そのため、ＮＡが変化して、光ディスクＤ１の記録面に良好なスポットが形成されない。比較例２は、条件（１）の上限を上回るため、第二領域ＲＥの透過光量が第一領域ＲＣの透過光量と比べて過剰である。よって、超解像の影響が避けられず、第一の光ディスクの記録面上でスポットが絞られすぎる。これに対して、実施例１〜１５の構成では、表１７に示されるように、条件（１）が満たされる。そのため、実施例１〜１５では、図５〜７に示されるように、何れの光ディスク使用時にも球面収差が良好に補正されつつ、周辺側透過光量と中央側透過光量とのバランスがとれる。そのため、表１７又は図４（ｃ）に示されるように、理想レンズの場合（０．３９５μｍ）とほぼ同じサイズのスポットが光ディスクＤ１の記録面上に形成されて、光ディスクＤ１とＤ２の両規格に対する情報の記録又は再生が良好に行われる。なお、実施例１〜１５では、更に、条件（２）〜（６）も満たされる。実施例１、２、５、６、８、９、１４、１５においては、条件（７）、（８）が更に満たされる。よって、実施例１〜１５では、各条件を満たすことによる更なる効果が奏される。
【０１０１】
また、実施例１〜１５において対物レンズ１０は、第二領域ＲＥに段差を多数設けることによって周辺側透過光量を減じつつも回折作用を強めているため、温度変化時に発生する球面収差が良好に補正される。具体的には、レーザー光束Ｌ１の温度変化に伴う球面収差の変動量が、実施例１、４〜７では−０．０１１λｒｍｓ／５０℃に、実施例２、８〜１１では−０．１５３λｒｍｓ／５０℃に、それぞれ抑えられている。実施例３、１２〜１５では−０．１５９λｒｍｓ／５０℃に、それぞれ抑えられている。
【０１０２】
また、実施例１〜１５において段差のダレΔｈを段差高さＤと同等と考えているが、成形条件等によって段差のダレΔｈが変化した場合においても、条件（１）又は（２）を満たすことで本発明の目的は達成される。更に、条件（７）又は（８）も満たせば更なる効果が奏される。また、通常の成形条件の範囲内で段差のダレΔｈは段差高さＤの０．３倍から２倍程度まで変化する可能性がある。
【０１０３】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  対物レンズ
２１  ＢＤ用モジュール
２２  ＤＶＤ用モジュール
２３  ビームコンバイナ
２４  コリメートレンズ
１００  光情報記録再生装置
【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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