(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折構造を有する光学素子と、
屈折型レンズとを備え、
前記回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた第１の境界帯とを含み、
前記第１の領域と前記第２の領域とには、鋸歯状又は階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第１の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長のＮ倍の光路長差を与え、
前記第２の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、前記所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長のＪ倍の光路長差を与え、
前記第１の境界帯の両端の高低差及び前記第１の境界帯の幅の少なくとも一方は、前記所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長の（Ｎ＋Ｊ）／２倍（ＮとＪとは互いに異なる自然数）の光路長差を与えることを特徴とする複合対物レンズ。
【請求項２】
前記所定の波長の光は、波長λ１の青色光であり、
前記第１の領域は、前記第２の領域の外周側に形成され、
前記第２の領域に形成した鋸歯状の断面の高さは、前記波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１の２倍の光路長差を与え、
前記第１の領域に形成した鋸歯状の断面の高さは、前記波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１のＮ倍（Ｎは２以外の自然数）の光路長差を与え、
前記第１の境界帯の両端の高低差及び前記第１の境界帯の幅の少なくとも一方は、前記波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１の（Ｎ＋２）／２倍の光路長差を与え、
前記第１の領域は、波長λ２の赤色光に対して１次回折光を最も強く発生し、前記波長λ１の青色光に対して２次回折光を最も強く発生し、
前記第２の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第１の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、
前記第２の領域から発生する赤色光の１次回折光は、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束することを特徴とする請求項１記載の複合対物レンズ。
【請求項３】
前記回折構造は、前記第２の領域の内側に形成された第３の領域と、前記第２の領域と第３の領域との間に設けられた第２の境界帯とをさらに含み、
前記第３の領域には、（Ｎ２−１）段Ｎ２レベル（Ｎ２は正の偶数）の階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第２の領域には、（Ｍ２−１）段Ｍ２レベル（Ｍ２は、Ｎ２とは異なる正の偶数であり、かつＮ２より小さい）の階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第２の境界帯には、前記第３の領域と前記第２の領域との平均レベルを一致させるとともに、（Ｎ２＋Ｍ２）／２レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の複合対物レンズ。
【請求項４】
前記第３の領域には、７段８レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第２の領域には、３段４レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第３の領域及び前記第２の領域のそれぞれの階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与え、
前記第３の領域に形成する前記７段８レベルの階段状の断面の８レベルを、低い方から高い方へ順にレベル０，１，２，３，４，５，６，７と定義したとき、前記第２の領域に形成する前記３段４レベルの階段状の断面形状の４レベルは、前記第３の領域の前記レベル２，３，４，５と同じ高さに設定され、
前記第３の領域は、波長λ１の青色光に対して２次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生し、
前記第２の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生し、
前記第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、
前記第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、前記第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束し、
前記第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、前記厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束することを特徴とする請求項３記載の複合対物レンズ。
【請求項５】
前記第２の境界帯には、前記第３の領域の前記レベル０，１，２，３，４，５と同じレベルの階段状の断面を有する回折構造が形成されることを特徴とする請求項４記載の複合対物レンズ。
【請求項６】
前記第１の領域には、鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第１の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与え、
前記第１の領域に形成した鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与え、
前記第１の境界帯には、前記第２の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、前記第２の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから前記第１の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成され、
前記第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光の１次回折光と、前記第１の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、
前記第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、前記第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束し、
前記第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、前記厚さｔ２よりも大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束することを特徴とする請求項４記載の複合対物レンズ。
【請求項７】
前記赤色光の焦点距離は、前記青色光の焦点距離よりも長く、かつ、
前記赤外光の焦点距離は、前記赤色光の焦点距離よりも長いことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の複合対物レンズ。
【請求項８】
前記赤色光及び前記赤外光は、前記回折構造によって凹レンズ作用を受けることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の複合対物レンズ。
【請求項９】
回折構造を有する光学素子と、
屈折型レンズとを備え、
前記回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた第１の境界帯とを含み、
前記第１の領域には、階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第１の領域の階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与え、
前記第２の領域には、鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面を近似する階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第２の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与え、
前記第２の領域に形成した鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与え、
前記第１の境界帯には、前記第１の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、前記第１の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから前記第２の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成され、
前記第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生し、
前記第２の領域は、波長λ１の青色光に対してＮ次回折光を最も強く発生し、
前記第１の領域から発生する青色光の１次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、
前記第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光は、前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束することを特徴とする複合対物レンズ。
【請求項１０】
前記Ｎ＝３であり、
前記第１の境界帯には、前記第１の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、前記第１の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから前記第２の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、３／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対して３／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成され、
前記第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生し、
前記第２の領域は、波長λ１の青色光に対して３次回折光を最も強く発生し、
前記第１の領域から発生する青色光の１次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光の３次回折光とは、前記厚さｔ１の透明基材を通して収束し、
前記第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光は、前記厚さｔ２の透明基材を通して収束することを特徴とする請求項９記載の複合対物レンズ。
【請求項１１】
前記回折構造は、前記第１の領域の内側に形成された第３の領域と、前記第１の領域と前記第３の領域との間に設けられた第２の境界帯とをさらに含み、
前記第３の領域には、（Ｎ２−１）段Ｎ２レベル（Ｎ２は正の偶数）の階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第１の領域には、（Ｍ２−１）段Ｍ２レベル（Ｍ２は、Ｎ２とは異なる正の偶数であり、かつＮ２より小さい）の階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第２の境界帯には、前記第３の領域と前記第１の領域との平均レベルを一致させるとともに、（Ｎ２＋Ｍ２）／２レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成されることを特徴とする請求項９又は１０記載の複合対物レンズ。
【請求項１２】
前記第３の領域には、７段８レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第１の領域には、３段４レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第３の領域及び前記第１の領域のそれぞれの階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与え、
前記第３の領域に形成する前記７段８レベルの階段状の断面の８レベルを、低い方から高い方へ順にレベル０，１，２，３，４，５，６，７と定義したとき、前記第１の領域に形成する前記３段４レベルの階段状の断面形状の４レベルは、前記第３の領域の前記レベル２，３，４，５と同じ高さに設定され、
前記第３の領域は、波長λ１の青色光に対して２次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生し、
前記第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生し、
前記第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第１の領域から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、
前記第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、前記第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束し、
前記第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、前記厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束することを特徴とする請求項１１記載の複合対物レンズ。
【請求項１３】
前記第２の境界帯には、前記第３の領域の前記レベル０，１，２，３，４，５と同じレベルの階段状の断面を有する回折構造が形成されることを特徴とする請求項１２記載の複合対物レンズ。
【請求項１４】
前記第２の領域には、鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面を有する回折構造が形成され、
前記第２の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与え、
前記第２の領域に形成した鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与え、
前記第１の境界帯には、前記第１の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、前記第１の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから前記第２の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成され、
前記第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第１の領域から発生する青色光の１次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、
前記第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、前記第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束し、
前記第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、前記厚さｔ２よりも大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束することを特徴とする請求項１２記載の複合対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズと回折構造とを組み合わせた複合対物レンズ、当該複合対物レンズを備え、例えば光ディスクなどの光情報媒体に情報を記録、再生又は消去する光ヘッド装置、当該光ヘッド装置を備える光情報装置、及び当該光情報装置を備える情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高密度及び大容量の記憶媒体として、ピット状パターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルと用途を拡張しつつ、実用化されてきている。微小に絞られた光ビームを介して、光ディスクへの情報の記録又は再生が高い信頼性のもとに首尾よく遂行される機能は、回折限界の微小スポットを形成する集光機能、光学系の焦点制御（フォーカスサーボ）機能、トラッキング制御機能、及びピット信号（情報信号）検出機能に大別される。
【０００３】
近年、光学系設計技術の進歩と、光源である半導体レーザの短波長化とにより、光ディスクの記録密度の向上が進んでいる。高密度化のアプローチとしては、光ディスク上へ光ビームを微小に絞る集光光学系の光ディスク側開口数（ＮＡ）を大きくすることが行われる。その際、問題となるのが光軸の傾き（いわゆるチルト）による収差の発生量の増大である。ＮＡを大きくすると、チルトに対して発生する収差量が大きくなる。これを防ぐために、光ディスクの基板の厚み（基材厚）は薄くされている。
【０００４】
第１世代の光ディスクといえるコンパクトディスク（ＣＤ）では、波長λ３を有する赤外光（波長λ３は７８０ｎｍ〜８２０ｎｍ）と、ＮＡが０．４５の対物レンズとが使用され、光ディスクの基材厚は１．２ｍｍである。第２世代のＤＶＤでは、波長λ２を有する赤色光（波長λ２は６３０ｎｍ〜６８０ｎｍ）と、ＮＡが０．６の対物レンズとが使用され、光ディスクの基材厚は０．６ｍｍである。そしてさらに、第３世代の光ディスクでは、波長λ１を有する青色光（波長λ１は３９０ｎｍ〜４１５ｎｍ）と、ＮＡが０．８５の対物レンズとが使用され、光ディスクの基材厚は０．１ｍｍである。
【０００５】
なお、本明細書中では、基板厚み（あるいは基材厚）とは、光ディスク（又は光情報媒体）の光ビームの入射する面から、情報が記録されている情報記録面までの厚みを指す。
【０００６】
このように、高密度光ディスクの基材厚みは薄くされている。経済性及び装置の占有スペースの観点から、上記基材厚又は記録密度の異なる光ディスクに情報を記録又は再生することができる光情報装置が望まれる。そのためには、基板の厚みがそれぞれ異なる光ディスク上に回折限界まで光ビームを集光することのできる集光光学系を備えた光ヘッド装置が必要である。
【０００７】
例えば、特許文献１には、互換再生を目的とする光情報装置が開示されている。従来例として、特許文献１の光情報装置の要部について図２７を用いて簡単に説明する。図２７は、光情報装置の中にある光ヘッド装置に具備される、光ビームを光ディスク上の所望の位置に収束させる対物レンズの一部を示す図である。
【０００８】
従来例では、赤色光及び赤外光のように顕著に波長が異なる光が入射したときにそれぞれを異なる基材厚を通して収差なく収束させるために、回折作用を利用している。そして、回折角度を大きくするために格子の周期（ピッチ）を狭くしなければならない部分については、格子の深さを深くして、格子の周期も広くしている。図２７において、対物レンズは、領域Ｒ２１と領域Ｒ２２とを有している。領域Ｒ２２の鋸歯状回折格子の深さＨＢは、領域Ｒ２１の鋸歯状回折格子の深さＨＡの２倍に設定され、領域Ｒ２２の鋸歯状回折格子の周期（ピッチ）は、領域Ｒ２１の鋸歯状回折格子の周期の２倍に設定されている。これによって、領域Ｒ２２の回折格子の作成を容易にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２４３１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来例のように、複数の領域毎に回折格子の形状を変え、複数の領域から回折する光を一点に収束させようとする場合、隣接する領域の境界における光の位相を一致させることが必要である。
【００１１】
特許文献１の構成では、回折格子の高さを２倍にすると共に周期も２倍にし、回折方向は領域Ｒ２１と領域Ｒ２２とで一致させている。境界となる頂点Ｃ２１の位相と頂点Ｃ２２との位相が一致するのは、回折格子の高さＨＡによって生じる光路長差が波長の整数倍、言い換えると、位相差が２πの整数倍になっているときである。
【００１２】
しかしながら、光ディスクのように大量生産する製品の場合、光源として用いる半導体レーザから出射される光の波長は数ｎｍのバラツキを有する。また、動作環境温度の違いによっても波長の変化が生じる。このように、波長が設計中心からずれている場合でも、回折方向は回折格子のピッチと波長との関係で決まり、回折方向の変化は同じであるので領域間の不整合は起こらないが、位相の一致は従来例の構成では保証されない。
【００１３】
図２７において、図面の下側から位相の揃った光が入射すると想定する。図２７の上下方向の位置ＢＡでは位相は揃っている。ここでは斜面の下方が空気ではない硝材（硝子又は樹脂）であるとすると、屈折率が空気とは異なる硝材中を上方に光線が進むにつれ、鋸歯形状の回折格子の影響によって、硝材中を進む光と空気中を進む光との位相差が発生する。図２７の頂点Ｃ２０〜頂点Ｃ２２の範囲を考えると、頂点Ｃ２０付近はほとんど硝材中を光線が進まないため位相差は生じない。一方、頂点Ｃ２２付近の頂点Ｃ２０に近い側は、硝材中の最も長い距離を光線が進むので、空気中を進む光線との位相差が最大となる。位相差は波長が変われば波長に比例して変化し、位相の変化量は、頂点Ｃ２０〜頂点Ｃ２２の範囲内では、頂点Ｃ２１付近が最大である。
【００１４】
回折光の位相変化は、頂点Ｃ２０〜頂点Ｃ２２の範囲の平均になるので、領域Ｒ２１の位相差は図２７の上下方向の位置Ｍ２１１まで硝材がある場合の位相差となる。同様に領域Ｒ２２の位相差は図２７の上下方向の位置Ｍ２１２まで硝材がある場合の位相差となる。図２７の上下方向の位置Ｍ２１１まで硝材がある場合の位相差と、図２７の上下方向の位置Ｍ２１２まで硝材がある場合の位相差とは異なるので、波長が変化した場合の変化量も異なる。結果として、波長が変化した場合、領域Ｒ２１の回折光と領域Ｒ２２の回折光とは回折方向が同じでも、位相のずれが生じてしまい、領域Ｒ２１の回折光と領域Ｒ２２の回折光とを集光した場合も収差が生じるという課題がある。
【００１５】
すなわち、従来例では、領域毎に回折格子の形状を変え、各領域から回折する光を一点に収束させようとする場合に、設計値に対する光源波長の誤差による位相のずれに関する課題の認識がなく、その対策方法についても開示されていない。
【００１６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、光源波長が設計値からずれている場合であっても、収差の発生を抑制することができる複合対物レンズ、光ヘッド装置、光情報装置及び情報処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一局面に係る複合対物レンズは、回折構造を有する光学素子と、屈折型レンズとを備え、前記回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた第１の境界帯とを含み、前記第１の領域と前記第２の領域とには、鋸歯状又は階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第１の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長のＮ倍の光路長差を与え、前記第２の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、前記所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長のＪ倍の光路長差を与え、前記第１の境界帯の両端の高低差及び前記第１の境界帯の幅の少なくとも一方は、前記所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長の（Ｎ＋Ｊ）／２倍（ＮとＪとは互いに異なる自然数）の光路長差を与える。
【００１８】
この構成によれば、複合対物レンズは、回折構造を有する光学素子と、屈折型レンズとを備える。回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間に設けられた第１の境界帯とを含む。第１の領域と第２の領域とには、鋸歯状又は階段状の断面を有する回折構造が形成される。第１の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて所定の波長のＮ倍の光路長差を与える。また、第２の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて所定の波長のＪ倍の光路長差を与える。さらに、第１の境界帯の両端の高低差及び第１の境界帯の幅の少なくとも一方は、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて所定の波長の（Ｎ＋Ｊ）／２倍（ＮとＪとは互いに異なる自然数）の光路長差を与える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第１の領域と第２の領域との間に設けられた第１の境界帯の両端の高低差及び第１の境界帯の幅の少なくとも一方によって、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて所定の波長の（Ｎ＋Ｊ）／２倍（ＮとＪとは互いに異なる自然数）の光路長差が与えられるので、光源波長が設計値からずれている場合であっても、位相ずれを回避することができ、収差の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１へ至る過程を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１へ至る過程を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１における回折構造を示す図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施の形態２へ至る過程を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２へ至る過程を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２における回折構造を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２の第１の変形例における回折構造を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２の第２の変形例における回折構造を示す図である。
【図９】（Ａ）は、基材上に形成した回折格子の断面形状を示す図であり、（Ｂ）は、図９（Ａ）に示す断面形状によって生じる青色光に対する位相変調量を示す図であり、（Ｃ）は、図９（Ａ）に示す断面形状によって生じる赤色光に対する位相変調量を示す図であり、（Ｄ）は、図９（Ａ）に示す断面形状によって生じる赤外光に対する位相変調量を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３へ至る過程を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における回折構造を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４へ至る過程を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態４における回折構造を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４の第１の変形例における回折構造を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態４の第２の変形例における回折構造を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態４の第３の変形例における回折構造を示す図である。
【図１７】図１１の領域Ｒ３の回折構造が形成されたホログラムレンズを示す概念図である。
【図１８】本発明の実施の形態５における複合対物レンズの構成を示す図である。
【図１９】図１８の光学素子を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態６における光ヘッド装置の概略構成を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態７における光情報装置の概略構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態８におけるコンピュータの概略構成を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態９における光ディスクプレーヤの概略構成を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態１０における光ディスクレコーダの概略構成を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態１１における光ディスクサーバの概略構成を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態１２における車両の概略構成を示す図である。
【図２７】従来の対物レンズの一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の実施の形態１へ至る過程を説明するための図である。実施の形態を説明するに当たり、まず図１を用いていくつかの定義を行う。図１において、鋸歯状の形状、言い換えると斜めの線と、斜めの線同士をつなぐ縦の線とが、回折構造の断面形状を表している。“０．５”や“１．０”といった縦方向の高さを表す数値は、設計波長λ１を単位としたときの光路長差の係数である。言い換えると、係数は、１つの段差又は１段の硝材が生成する光路長差を波長λ１で割り算した商であり、硝材の屈折率をｎｂとしたときに、段差と（ｎｂ−１）との積を設計波長λ１で割り算した商と等しい。また、回折格子の一周期ｐ０は、所望の回折方向に波長λ１の光線を１次回折させるための周期（ピッチ）である。周期ｐ０は、あたかも一定の値のように説明するが、所望の回折方向が回折格子の位置によって異なる場合、回折方向に応じて異なる値となる。場所によって、回折構造のピッチ又は回折格子の回折方向が異なる場合、一般的にホログラム、あるいはホログラム素子と呼ぶ場合もある。さらに、回折格子が同心状であれば、ホログラムレンズと呼ぶこともある。本願はこれらのいずれにも適応可能である。
【００２３】
また、鋸歯状の断面の高さとは、鋸歯状の回折構造の最上位点と最下位点との間の光軸方向の高さを表し、階段状の断面の高さとは、階段状の回折構造の最上位面と最下位面との間の光軸方向の高さを表す。
【００２４】
また、同じ一周期でも周期ｐ１は、所望の回折方向に波長λ１の光線を２次回折させるための周期（ピッチ）であり、周期ｐ０の２倍ほどの長さである。
【００２５】
領域Ｒ１０と領域Ｒ２０とは、回折構造の異なる領域を表す。図１では、領域Ｒ１０が波長λ１の光に１次回折光を生じさせる領域を表し、領域Ｒ２０が波長λ１の光に２次回折光を生じさせる領域を表している。また、点Ａ１１と点Ａ１２とは、それぞれ鋸歯の頂点と谷とを示し、平均レベルＭ１１は、領域Ｒ１０の鋸歯の頂点と谷との平均レベルを示している。同様に、平均レベルＭ１２は、領域Ｒ２０の鋸歯の頂点と谷との平均レベルをしている。
【００２６】
波長が設計波長λ１からずれても両領域の平均位相にずれが生じないようにするためには、平均レベルＭ１１と平均レベルＭ１２とを同じにすれば良いように思われる。例えば、図２のように、領域Ｒ２０を領域Ｒ１０より紙面下方へ光路長差０．５波長分下げた場合、両領域の平均レベルＭが一致しているので、波長が設計波長λ１からずれても両領域の平均位相にずれは生じない。しかし、この形状では、頂点Ａ２１と頂点Ａ２２との位相に不連続が生じている。領域Ｒ２０を紙面下方へ光路長差０．５波長分下げたため、頂点Ａ２１と頂点Ａ２２との間の光路長差が波長の１．５倍となり、光路長差は波長の整数倍とはならない。つまり、図２の構成では、設計（中心）波長において位相が不連続になる。
【００２７】
このように、設計波長での位相の連続性と、波長が変化した場合の位相ずれの回避とは、簡単なことではない。
【００２８】
そこで、発明者らは、図３に示す格子形状を発明した。図３は、本発明の実施の形態１における回折構造を示す図である。領域Ｒ１０と領域Ｒ２０との間に境界帯ＲＢが設けられている。境界帯ＲＢの幅（周期）ｐｋは、領域Ｒ１０の周期ｐ０と領域Ｒ２０の周期ｐ１との平均とし、ここでは周期ｐ０の１．５倍とする。すなわち、境界帯ＲＢの幅ｐｋは、１次回折を起こす周期の１．５倍にする。１．５周期の幅の間に上下方向に１．５波長の光路長差を生じる高さの傾斜が設けられる。本構成では、各鋸歯の頂点と谷との間の光路長差は１波長又は２波長にすることができる。すべての光路長差を波長λ１の整数倍にすることができる。また、領域Ｒ１０と領域Ｒ２０との平均レベルＭは一致している。なお、境界帯ＲＢの平均レベルが、領域Ｒ１０及び領域Ｒ２０の平均レベルＭと異なるように見えるが、斜面と平均レベルＭの交点Ｂ３より紙面左側を領域Ｒ１０、紙面右側を領域Ｒ２０と捉えて考えれば、境界帯の平均レベルを問題にする必要はないことがわかる。
【００２９】
このように、１．５周期の幅の間に上下方向に１．５波長の光路長差を生じる高さの傾斜を有する境界帯ＲＢを設けることにより、設計波長での位相の連続性と、波長が変化した場合の位相ずれの回避とを実現できるという顕著な効果を得ることができる。
【００３０】
上述の例では、領域Ｒ１０は１次回折を起こし、領域Ｒ２０は２次回折を起こす回折構造について説明してきた。より一般化して考えれば、領域Ｒ１０がＮ次回折を起こす回折領域であり、領域Ｒ２０がＪ次回折を起こす回折領域であり（Ｎ及びＪは、互いに異なる自然数）、１次回折を起こす周期を１周期とした場合、（Ｎ＋Ｊ）／２周期の幅の間に上下方向に（Ｎ＋Ｊ）／２波長の光路長差を生じる高さの傾斜を有する境界帯ＲＢが設けられることにより、設計波長での位相の連続性と、波長が変化した場合の位相ずれの回避とを実現できるという顕著な効果を得ることができる。
【００３１】
レンズとの組み合わせを考えると、複合対物レンズは、回折構造を有する光学素子と、屈折型レンズとを備える。回折構造は、領域Ｒ１０と、領域Ｒ２０と、領域Ｒ１０と領域Ｒ２０との間に設けられた境界帯ＲＢとを含む。領域Ｒ１０と領域Ｒ２０とには、鋸歯状の断面を有する回折構造が形成される。領域Ｒ１０に形成した鋸歯状の断面の高さは、所定の波長λ０の光に対して、空気中を透過する場合に比べて所定の波長λ０のＮ倍の光路長差を与える。領域Ｒ２０に形成した鋸歯状の断面の高さは、所定の波長λ０の光に対して、空気中を透過する場合に比べて所定の波長λ０のＪ倍の光路長差を与える。境界帯ＲＢの両端の高低差は、所定の波長λ０の光に対して、空気中を透過する場合に比べて所定の波長λ０の（Ｎ＋Ｊ）／２倍（ＮとＪとは互いに異なる自然数）の光路長差を与える。
【００３２】
なお、波長λ１を赤色光に対応する６６０ｎｍ程度に設定し、屈折率ｎｂを赤色光に対する屈折率とし、領域Ｒ１０をレンズ光軸に近い内周側に形成し、領域Ｒ２０をレンズ光軸より遠い外周側に形成し、図３の上方を屈折率ｎｂ（＞１）の光学素子材とし、Ｎを１とし、Ｊを２以上の自然数とする。この場合、互換対物レンズは、赤外光をコンパクトディスク（ＣＤ）の記録面上に１．２ｍｍの透明基材を通して収束させ、赤色光をＤＶＤの記録面上に０．６ｍｍの透明基材を通して収束させる。これにより、設計波長からのずれにかかわらず、収差の発生を抑制することができる。
【００３３】
領域Ｒ１０と領域Ｒ２０との間に境界帯ＲＢが設けられ、境界帯ＲＢの両端の高低差は、波長λ１の光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１の約（１＋Ｊ）／２倍の光路長差を与える。境界帯ＲＢの幅は、波長λ１の光に１次回折を起こす周期の約（１＋Ｊ）／２倍にする。
【００３４】
また、発明者らは、ＤＶＤとＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃとの互換方式を特開２００４−０７１１３４号公報に開示した。その中で、鋸歯状の断面形状の深さをｈ１、青色光の波長λ１を３９０ｎｍ〜４１５ｎｍとし、赤色光の波長λ２を６３０ｎｍ〜６８０ｎｍとし、深さｈ１を波長λ１の第１の光ビームに対して約２波長の光路差を与える深さとすれば、第１の光ビームに対しては＋２次回折光が最も強く発生し、波長λ２の第２の光ビームに対しては＋１次回折光が最も強く発生するので、このような鋸歯状の断面形状を有する領域をレンズ光軸に近い内周側に形成することを提案した。
【００３５】
本実施の形態では、このような深さｈ１の鋸歯形状を図３の領域Ｒ２０とし、領域Ｒ１０には、波長λ１の第１の光ビームに対して約１波長の光路長差を与える深さの鋸歯形状を形成する。つまり、Ｎ＝１及びＪ＝２とし、さらに、屈折率ｎｂを青色光に対する屈折率とし、領域Ｒ２０をレンズ光軸に近い内周側に形成し、領域Ｒ１０をレンズ光軸より遠い外周側に形成し、図３の下方を屈折率ｎｂ（＞１）の光学素子材とする。この場合、互換対物レンズは、赤色光をＤＶＤの記録面上に０．６ｍｍの透明基材を通して収束させ、青色光をＢＤの記録面上に約０．１ｍｍ又は０．１ｍｍより薄い透明基材を通して収束させる。これにより、設計波長からのずれにかかわらず、収差の発生を抑制することができる。なお、Ｎは３以上の整数としてもよく、Ｎを３以上の整数とすることによって、赤色光に対する開口数の違いは実現できる。
【００３６】
領域Ｒ１０と領域Ｒ２０との間に境界帯ＢＲが設けられ、境界帯ＢＲの両端の高低差は、波長λ１の光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１の約（Ｎ＋２）／２倍の光路長差を与える。境界帯ＢＲの幅は、波長λ１の光に１次回折を起こす周期の約（Ｎ＋２）／２倍にする。
【００３７】
すなわち、領域Ｒ２０に形成した鋸歯状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１の２倍の光路長差を与える。領域Ｒ１０に形成した鋸歯状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１のＮ倍（Ｎは２以外の自然数）の光路長差を与える。境界帯ＲＢの両端の高低差及び境界帯ＲＢの幅の少なくとも一方は、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１の（Ｎ＋２）／２倍の光路長差を与える。領域Ｒ１０は、波長λ２の赤色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ１の青色光に対して２次回折光を最も強く発生する。領域Ｒ２０から発生する青色光の２次回折光と、領域Ｒ１０から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。領域Ｒ２０から発生する赤色光の１次回折光は、厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。
【００３８】
これら互換レンズを実現するための回折格子は、レンズ光軸を軸中心とする同心円状でありホログラムレンズと呼ぶこともある。
【００３９】
さらに、鋸歯状の回折構造は、階段形状によっても、近似可能である。階段形状によって近似する場合でも、異なる次数の回折を起こす領域を設ける際には、近似する元となる鋸歯状の回折構造を仮想的に構築し、上記の境界帯ＢＲを設けた上で、階段形状によって近似すればよい。このような考え方に基づいて、鋸歯形状を階段状形状によって近似するためには、階段の１段が与える光路長差は０．５波長以下、位相差はπ以下にする。この場合は、上述のように単に鋸歯形状を近似すればよい。
【００４０】
なお、本実施の形態において、領域Ｒ１０が第１の領域の一例に相当し、領域Ｒ２０が第２の領域の一例に相当し、境界帯ＲＢが第１の境界帯の一例に相当する。
【００４１】
（実施の形態２）
発明者らは、新規な階段状の断面を有する回折構造についても、青色光と赤色光とを顕著に異なる方向に回折させる発明を特開２００４−０７１１３４号公報に開示している。特開２００４−０７１１３４号公報には、図４（Ａ）に示す領域Ｒ１のような階段状の回折構造を開示している。
【００４２】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図５は、本発明の実施の形態２へ至る過程を説明するための図である。図４（Ａ）において、領域Ｒ１では、階段の一段の高さ（深さ）は、波長λ１の青色光に与える空気中を通る光線との光路長差が約１．２５λ１になるように形成されている。図４（Ａ）は、物理的な断面形状を示している。例えば、図４（Ａ）において、下側が、回折構造又はホログラム素子の基材側又は硝材側、すなわち屈折率の高い側、上側が、空気側、すなわち屈折率の低い側であるが、逆の配置でもよい。この点は本発明の他の実施の形態でも共通である。
【００４３】
図４（Ａ）において、縦方向は硝材の厚さ、あるいは高さを示している。領域Ｒ１のように矩形形状を組み合わせたような断面形状を本明細書では、階段状の断面形状と呼ぶ。青色光ビームに対するホログラム素子材料又は硝材の屈折率をｎｂとする。図４（Ａ）の領域Ｒ１では、単位段差によって生じる光路長差が、青色光の波長λ１の１．２５倍であることを示している。ここで、波長λ１は３９０ｎｍ〜４１５ｎｍである。標準的には、波長λ１は４０５ｎｍぐらいなので、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの波長を総称して約４０５ｎｍと呼び、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの波長の光を青色光と呼ぶ。回折格子の階段の高さ（レベル）を単位段差の整数倍にすると、階段形状による青色光に対する位相変調量は２π＋π／２の整数倍となり、実質的には、位相変調量は一段あたりπ／２になる。例えば、階段を４レベル（段差は３つ、つまり３段）形成することにより、光路長差が１波長の高さを有する鋸歯形状を近似することができる。
【００４４】
次に、波長λ２は６３０ｎｍ〜６８０ｎｍとする。標準的には、波長λ２は６６０ｎｍが使われることが多いので、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長を総称して約６６０ｎｍと呼び、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長の光を赤色光と呼ぶ。波長λ２の光に対しては、図４（Ａ）の領域Ｒ１では単位段差によって生じる光路長差が、赤色光の波長λ２の約０．７５倍になる。階段形状による赤色光に対する位相変調量は２π−π／２の整数倍となり、実質的には、位相変調量は一段あたり−π／２になる。例えば、階段を４レベル（段差は３つ）形成することにより、上述の青色光に対する階段形状とは逆向きの傾斜であって光路長差が１波長の高さを有する鋸歯形状を近似することができる。
【００４５】
基材厚が０．６ｍｍであり、波長λ２の光に対応する光ディスクと、基材厚が０．１ｍｍであり、波長λ１の光に対応する光ディスクとの互換再生を行う際には、対物レンズの内周側（光軸に近い領域）に図４（Ａ）に示す領域Ｒ１の断面形状を持つホログラムレンズを形成して、青色光を０．１ｍｍの透明基材を通して、赤色光を０．６ｍｍの基材を通して情報記録面上にそれぞれ収束させる。そして、対物レンズの外周側（光軸から遠い領域）を通る青色光を、内周側を通る青色光と一緒に０．１ｍｍの透明基材を通して収束させるため、例えば、対物レンズの外周側に図４（Ａ）に示す領域Ｒ２のような光路長差が１波長の高さを有する鋸歯形状のホログラムレンズを形成する。こうして、対物レンズは、赤色光より高い開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＮＡ）によって、青色光を０．１ｍｍの透明基材を通してＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（ＢＤ）などの情報記録面上に収束させる。
【００４６】
青色光は、領域Ｒ１と領域Ｒ２との両方を通過するので、領域Ｒ１と領域Ｒ２との位相を合わせる必要がある。一見すると、図４（Ａ）の領域Ｒ１の階段形状は、図４（Ｂ）のような鋸歯形状を近似していると考えられる。したがって、設計波長λ１に対して位相を合わせると共に設計波長がλ１から数ｎｍずれた場合であっても両領域の平均位相がずれないようにするためには、図４（Ａ）に示すように、階段形状の平均レベルＭより光路長差が０．５波長分低い位置Ａ４から、鋸歯形状の領域Ｒ２の傾斜方向へ一周期ｐ０分傾斜するように構成すれば良いと一見思いがちである。
【００４７】
しかし、より詳細に位相を考察すると、図４（Ａ）では、両領域の青色光の位相ずれが生じることに発明者らは気づいた。この位相ずれについて図５を用いて説明する。図５中の破線は、領域Ｒ１の最も右側の一段が近似する位相の傾斜を示すものである。傾きは一周期ｐ０の間に一波長分の位相変化が起こる量である。破線と一段の平坦レベルとの交点は平坦部分の中心である。そのため、領域Ｒ１の最も右側の一段の右端では、１／８（０．１２５）波長分の光路長差だけ平坦レベルより点線は上に上がる。０．１２５波長と、領域Ｒ１の最も右側の段の高さである１．２５波長と、領域Ｒ１の最も右側の段の左隣の段の高さの半分である０．６２５波長とを全て加えると、領域Ｒ１の最も右端では、近似される鋸歯の光路長差は、平均レベルＭより２波長分、つまり４πの位相差であることがわかる。この位相差は、２πの整数倍であるから、実質平均レベルＭと同じになる。結果として、近似される鋸歯の右端の位相と位置Ａ４の位相とは０．５波長分の位相ずれが生じてしまう。一段あたりの光路長差が０．５波長を超える構成では、単純に鋸歯形状を階段形状に近似することができない。
【００４８】
そこで、発明者らは、図６に示す格子形状（回折構造）を発明した。図６は、本発明の実施の形態２における回折構造を示す図である。階段形状の断面を有する領域Ｒ１の右端において、領域Ｒ１の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さすなわち平均レベルＭの位置Ｂ６から、鋸歯状の傾斜方向へ向かって、０．５波長分の光路長差を起こす高さを有する傾斜が０．５周期分形成される。そして、領域Ｒ２に、一周期ｐ０の回折格子が繰り返し形成される。
【００４９】
上述したように、階段形状の断面を有する領域Ｒ１の右端では、領域Ｒ１は平均レベルＭと同じ位相が近似されているので、領域Ｒ２と位相が整合する。また、両領域の平均位相レベルも平均レベルＭにおいて一致しており波長が設計値と多少ずれても位相のずれが起こらない。各段差が近似する傾斜は、図６に示す４本の破線のようになるが、これらは互いに波長の整数倍だけ、上下方向にシフトしているだけの光路長差であり、実質的に同じ位相を青色光に与える。上から３番目の破線が、領域Ｒ２の傾斜と連続していることからも、位相が連続していることを確認することができる。
【００５０】
なお、必ずしも一周期が完結した時点で領域を切り替える必要はない。これについて図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態２の第１の変形例における回折構造を示す図である。
【００５１】
図７では、階段形状の一周期ｐ０の領域Ｒ７に、領域Ｒ２の傾斜部を重ねて描いている。重ねて描いた傾斜は領域Ｒ２を延長したものである。領域Ｒ７の任意の位置において、階段形状から鋸歯形状に切り替え可能である。例えば、領域Ｒ７の中央部すなわち階段形状を０．５周期形成した位置Ｃ７から鋸歯形状へ切り替えても良い。このように、階段形状から鋸歯形状へ切り替える位置を変えた場合も含めて、本実施の形態２では、階段形状の一周期の右端において平均レベルＭの位置から、鋸歯形状の傾斜方向へ向かって、０．５波長分の光路長差を起こす高さを有する傾斜が０．５周期分形成されると表現する。この表現は、切り替え部分を階段形状の一周期の右端に制限するものではない。領域Ｒ７が境界帯に相当する。
【００５２】
また、領域Ｒ２は、１次回折を起こす回折構造には限らない。領域Ｒ２にＮ次回折（Ｎは自然数）を起こす回折格子を形成する場合は、１次回折を起こす回折格子の周期を一周期と表現したとき、階段形状の右端において平均レベルＭの位置から、鋸歯形状の傾斜方向へ向かって、Ｎ／２波長分の光路長差を起こす高さを有する傾斜がＮ／２周期分形成される。この表現は、切り替え部分を階段形状の一周期の右端に制限するものではなく、階段形状を有する領域Ｒ１側に傾斜部を延長して切り替えることも含む。
【００５３】
すなわち、領域Ｒ１には、階段状の断面を有する回折構造が形成される。領域Ｒ１の階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与える。領域Ｒ２には、鋸歯状の断面、又は鋸歯状の断面を近似する階段状の断面を有する回折構造が形成される。領域Ｒ２の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与える。領域Ｒ２に形成した鋸歯状の断面、又は鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与える。境界帯には、領域Ｒ１に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、領域Ｒ１の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから領域Ｒ２の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成される。領域Ｒ１は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生する。領域Ｒ２は、波長λ１の青色光に対してＮ次回折光を最も強く発生する。領域Ｒ１から発生する青色光の１次回折光と、領域Ｒ２から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。領域Ｒ１から発生する赤色光の−１次回折光は、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。
【００５４】
図８は、本発明の実施の形態２の第２の変形例における回折構造を示す図である。例えば、領域Ｒ２が波長λ１の光に対して３次回折光を最も強く発生させるよう設計する場合は図８に示すように、領域Ｒ７の右端の平均レベルＭの位置から、鋸歯形状の傾斜方向へ向かって、１．５波長分の光路長差を起こす高さを有する傾斜が、１次回折を起こす回折格子の周期ｐ０の１．５周期分（ｐ８）形成される。そして、１次回折を起こす回折格子の周期ｐ０の３周期分（ｐ９）の傾斜が繰り返し形成される。
【００５５】
つまり、１次回折を起こす領域Ｒ１の外周側に、領域Ｒ１の一周期分の階段状の断面を有する領域Ｒ７が形成される。また、領域Ｒ７の外周側に、領域Ｒ７の右端の平均レベルＭの位置から、１．５波長分の光路長差を起こす高さを有する鋸歯状の断面を有する領域Ｒ８が形成される。そして、領域Ｒ８の外周側に、領域Ｒ２が形成される。領域Ｒ７及び領域Ｒ８が境界帯に相当する。
【００５６】
すなわち、境界帯には、領域Ｒ１に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、領域Ｒ１の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから領域Ｒ２の鋸歯状の傾斜方向へ、３／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対して３／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成される。領域Ｒ１は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生する。領域Ｒ２は、波長λ１の青色光に対して３次回折光を最も強く発生する。領域Ｒ１から発生する青色光の１次回折光と、領域Ｒ２から発生する青色光の３次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。領域Ｒ１から発生する赤色光の−１次回折光は、厚さｔ２の透明基材を通して収束する。
【００５７】
このような構成にすることにより、青色光は、領域Ｒ１と領域Ｒ２とで同様の方向に回折するが、赤色光は、２次回折光又は３次回折光が強くなり、領域Ｒ１の−１次回折光とは顕著に異なる回折になる。従って、領域Ｒ２は、青色光を領域Ｒ１と共に大きな開口数で収束するように回折するとともに、領域Ｒ１とは異なる方向に赤色光を回折し、領域Ｒ２に入射した赤色光は実質的に収束されない。すなわち、青色光よりも小さな開口数で赤色光を収束できるという効果が得られる。
【００５８】
なお、本実施の形態において、領域Ｒ１が第１の領域の一例に相当し、領域Ｒ２が第２の領域の一例に相当し、領域Ｒ７及び領域Ｒ８が第１の境界帯の一例に相当する。
【００５９】
（実施の形態３）
現在広く普及しているＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ及びＢＤの全てを１個のレンズによって互換再生するために用いる対物レンズ、光ヘッド装置及び光情報装置を実現するため、発明者らは、図９に示す断面構造を一周期とする構成をＷＯ２００９−０１６８４７に開示した。実施の形態３では、実施の形態２として例示した領域Ｒ１（図１０の領域Ｒ４）より更に光軸に近い側の領域（Ｒ３）に、図９（Ａ）の断面形状を有するホログラムレンズを形成する。
【００６０】
図９（Ａ）は、基材上に形成した回折格子の断面形状を示す図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示す断面形状によって生じる青色光に対する位相変調量を示す図であり、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）に示す断面形状によって生じる赤色光に対する位相変調量を示す図であり、図９（Ｄ）は、図９（Ａ）に示す断面形状によって生じる赤外光に対する位相変調量を示す図である。
【００６１】
図９（Ａ）に示すように、階段の一段は、波長λ１の青色光に与える空気中を通る光線との光路長差が、約１．２５λ１になるような高さ（深さ又は段差）で形成されている。図９（Ａ）は、物理的な断面形状を示している。例えば、図９（Ａ）において下側が、回折構造（又は回折素子又はホログラム素子）の基材側（又は硝材側）、すなわち屈折率の高い側であり、上側が、空気側、すなわち屈折率の低い側であるとして説明するが、逆の配置でもよい。この点は本発明の他の実施の形態でも共通である。
【００６２】
図９（Ａ）において、縦方向は硝材の厚さ又は高さを示している。このように矩形形状を組み合わせた断面形状を階段状の断面形状と呼ぶのは上述した他の実施の形態と同じである。図９（Ａ）では単位段差によって生じる光路長差が、青色光の波長λ１の１．２５倍であることを示している。ここで、波長λ１は３９０ｎｍ〜４１５ｎｍである。標準的には波長λ１は４０５ｎｍぐらいなので、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの波長を総称して約４０５ｎｍと呼び、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの波長の光を青色光と呼ぶ。
【００６３】
回折格子の階段の高さ（レベル）を単位段差の整数倍にすると、この断面形状による青色光に対する位相変調量は２π＋π／２の整数倍となり、実質的には、一段あたりの位相変調量はπ／２になる。この階段を８レベル（段差は７つ）形成することにより、光路長差が２波長の高さの鋸歯形状を近似することができる。図９（Ｂ）に示すように、図９（Ａ）に示す回折構造は、あたかも＋１次回折を起こす周期が２周期形成される働きをするので、青色光に対しては、＋２次回折光が最も強く発生する。
【００６４】
次に、波長λ２は６３０ｎｍ〜６８０ｎｍとする。標準的には波長λ２は６６０ｎｍを使われることが多いので、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長を総称して約６６０ｎｍと呼び、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長の光を赤色光と呼ぶ。波長λ２の光に対しては、図９（Ａ）の断面形状では単位段差によって生じる光路長差が、赤色光の波長λ２の約０．７５倍になる。この断面形状による赤色光に対する位相変調量は２π−π／２の整数倍となり、実質的には、一段あたりの位相変調量は−π／２になる。この階段を８レベル（段差は７つ）形成することにより、上記の青色光に対する鋸歯形状とは逆向きの傾斜であって光路長差が２波長の高さの鋸歯形状を近似することができる。図９（Ｃ）に示すように、図９（Ａ）に示す回折構造は、あたかも−１次回折を起こす周期が２周期形成される働きをするので、赤色光に対しては、−２次回折が最も強く発生する。
【００６５】
さらに、波長λ３は７７０ｎｍ〜８２０ｎｍとする。標準的には７８０ｎｍの波長λ３の光を赤外光と呼ぶ。赤外光が、０．４５〜０．５の開口数の対物レンズによって、厚さ１．２ｍｍの透明基材を通して情報記録面に収束され、情報記録面からの反射光が受光されることにより、ＣＤが再生される。
【００６６】
波長λ３の光に対しては、図９（Ａ）に示す断面形状では単位段差によって生じる光路長差が、赤外光の波長λ３の約０．６２５倍になる。この断面形状による赤外光に対する位相変調量は約０．６２５×２πの整数倍となり、実質的には、一段あたりの位相変調量は−０．３７５×２πになる。この階段を８レベル（段差は７つ）形成することにより、上記の青色光に対する鋸歯形状とは逆向きの傾斜であり、赤色光に対する鋸歯形状と同じ向きの傾斜であって、光路長差が３波長の高さの鋸歯形状を近似することができる。図９（Ｄ）に示すように、図９（Ａ）に示す回折構造は、あたかも−１次回折を起こす周期が３周期形成される働きをするので、赤外光に対しては、−３次回折が最も強く発生する。
【００６７】
本構成では、３つの波長の光に対する回折効率をバランス良く高めることができるという長所がある。また、赤色光と青色光との共通領域である第３の領域Ｒ３を共存させる場合、本構成の８レベルの断面形状を有する回折構造の回折次数は、青色光に対して＋２次であり、赤色に対して−２次であるので、青色光の回折次数：赤色光の回折次数は、１：−１である。したがって、８レベルの断面形状を有する回折構造の回折次数は、青色光に対する回折次数が＋１次であり赤色光に対する回折次数が−１次である４レベルの断面形状を有する回折構造と同じ比率になる。
【００６８】
このため、光学素子と屈折レンズとを組み合わせて使う場合に回折力と屈折力との比が同じになり、設計波長とは多少異なった波長の光であっても大きな収差が生じないという効果がある。
【００６９】
このように、青色光、赤色光及び赤外光に対する最も強い回折が、＋２次、−２次及び−３次というように全く異なる次数において起こるので、青色光、赤色光及び赤外光のそれぞれで回折方向が大きく異なり、この差を利用して異なる基材厚を通して収束するように設計可能となる。
【００７０】
図１０は、本発明の実施の形態３へ至る過程を説明するための図である。図１０に示すように、図９（Ａ）の断面形状を有するホログラムレンズが、光軸に最も近い領域Ｒ３に形成されることによって、領域Ｒ３は、青色光、赤色光及び赤外光をそれぞれ異なる厚みを有する透明基材を通して収束させる。そして、領域Ｒ３の外周部には、例えば図６の領域Ｒ１と同じ回折構造を有する領域Ｒ４が形成されて、領域Ｒ４は、青色光及び赤色光をそれぞれ異なる基材厚を通して領域Ｒ３を通った光と共に収束させる。そして、図１０には図示していないが、領域Ｒ４のさらに外周部には、例えば図６〜図８の領域Ｒ２と同じ回折構造を有する領域が形成されて、当該領域（領域Ｒ２）は、青色光を内周部の領域Ｒ３及びＲ４を通過した光と共にＢＤの情報記録面上に収束させる。青色光は、全領域を通過するため、各領域間の位相を合わせることが望ましい。
【００７１】
なお、領域Ｒ４は、図３の領域Ｒ２０の回折構造と同じであってもよく、領域Ｒ４のさらに外周部には、図３の領域Ｒ１０と同じ回折構造を有する領域を設けてもよい。領域Ｒ４と領域Ｒ１０との間には、図３の境界帯ＲＢが形成される。また、領域Ｒ４と領域Ｒ２との間にも境界帯（例えば図７の領域Ｒ７又は図８の領域Ｒ７及びＲ８）が形成される。つまり、領域Ｒ４と、領域Ｒ４の外周側の領域とは、実施の形態１及び実施の形態２において説明した回折構造が適用可能である。
【００７２】
領域Ｒ３の８レベルの断面形状は、領域Ｒ４の４レベルの断面形状を２回繰り返した形状である。そのため、図１０のように、領域Ｒ３の最下部と領域Ｒ４の最下部とのレベルを合わせれば、両領域の境界部での位相を連続にすることができると一見思われる。しかし、この形状では領域Ｒ３の平均レベルＭ９１と、領域Ｒ４の平均レベルＭ９２とが一致していないため、波長が設計中心λ１からずれると、両領域の平均位相にずれが生じ、収束品質が低下する。
【００７３】
そこで、実施の形態２における考察と同様に、両領域が近似している鋸歯形状について考察する。図１１は、本発明の実施の形態３における回折構造を示す図である。階段形状の領域Ｒ３及び領域Ｒ４が近似している鋸歯形状は、図１１に示す鋸歯形状Ｓａ１のようになり、領域Ｒ３、領域Ｒ４及び境界帯ＲＣの階段形状は、図１１のように構成すれば、領域Ｒ３と領域Ｒ４との位相が整合することがわかった。また、両領域の平均位相レベルＭも一致しており、波長が設計値と多少ずれても位相のずれが起こらない。本構成は、実施の形態１と同様に領域Ｒ３と領域Ｒ４との間に境界帯ＲＣを設けたものと解釈できる。
【００７４】
領域Ｒ３の８つの階段レベルを低い側から０，１，２，３，４，５，６，７レベルと定義したときに、領域Ｒ３の中央部の２，３，４，５レベルの高さに合わせて領域Ｒ４の４つの階段レベルを形成している。
【００７５】
そして、境界帯ＲＣは、領域Ｒ３の半周期である０，１，２，３レベルと、領域Ｒ４の半周期である４，５レベルとを合計した６つのレベルを形成している。
【００７６】
すなわち、領域Ｒ３には、７段８レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成される。領域Ｒ４には、３段４レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成される。そして、領域Ｒ３及び領域Ｒ４のそれぞれの階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与える。領域Ｒ３に形成する７段８レベルの階段状の断面の８レベルを、低い方から高い方へ順にレベル０，１，２，３，４，５，６，７と定義したとき、領域Ｒ４に形成する３段４レベルの階段状の断面形状の４レベルは、領域Ｒ３のレベル２，３，４，５と同じ高さに設定される。なお、７段８レベルとは、最下位面から最上位面までの段差の数が７つであり、最下位面から最上位面までの階段の数が８つであることを表している。
【００７７】
また、境界帯ＲＣには、領域Ｒ３のレベル０，１，２，３，４，５と同じレベルの階段状の断面を有する回折構造が形成される。
【００７８】
また、領域Ｒ３は、波長λ１の青色光に対して２次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生する。領域Ｒ４は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生する。領域Ｒ３から発生する青色光の２次回折光と、領域Ｒ４から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。領域Ｒ３から発生する赤色光の−２次回折光と、領域Ｒ４から発生する赤色光の−１次回折光とは、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。領域Ｒ３から発生する赤外光の−３次回折光は、厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束する。
【００７９】
一般化して考えると、Ｎ２レベル（Ｎ２は正の偶数）の回折領域と、Ｍ２レベル（Ｍ２はＮ２とは異なる正の偶数）の回折領域とを共存させる場合に、両領域の平均レベルをベースレベルに一致させた上、両領域の境界に（Ｎ２＋Ｍ２）／２レベルの境界帯ＲＣを設ける。これにより、領域Ｒ３と領域Ｒ４との位相を合わせることができる。
【００８０】
すなわち、領域Ｒ３には、（Ｎ２−１）段Ｎ２レベル（Ｎ２は正の偶数）の階段状の断面を有する回折構造が形成される。領域Ｒ４には、（Ｍ２−１）段Ｍ２レベル（Ｍ２は、Ｎ２とは異なる正の偶数であり、かつＮ２より小さい）の階段状の断面を有する回折構造が形成される。境界帯ＲＣには、領域Ｒ３と領域Ｒ４との平均レベルを一致させるとともに、（Ｎ２＋Ｍ２）／２レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成される。
【００８１】
領域Ｒ４の外周側に例えば図６の領域Ｒ２が形成される場合は、実施の形態２と同様にして位相を合わせればよい。また、赤色光についても領域Ｒ３と領域Ｒ４との位相を合わせる必要があるが、青色光と同様の考察により回折構造を図１１に示す階段形状のように構成すれば、赤色光についても領域Ｒ３と領域Ｒ４との位相を整合させることができる。
【００８２】
なお、本実施の形態において、領域Ｒ４が第１の領域の一例に相当し、領域Ｒ２が第２の領域の一例に相当し、領域Ｒ３が第３の領域の一例に相当し、境界帯ＲＣが第２の境界帯の一例に相当する。
【００８３】
（実施の形態４）
現在広く普及しているＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ及びＢＤの全てを１個のレンズによって互換再生するために用いる対物レンズ、光ヘッド装置及び光情報装置を実現するため、発明者らは、図１２に示す断面構造を一周期とする別の構成をＷＯ２００９−０１６８４７に開示した。図１２は、本発明の実施の形態４に至る過程を説明するための図である。図１２の領域Ｒ３の構成を有するホログラムレンズを、実施の形態２として例示した領域Ｒ１より更に光軸に近い範囲に形成する。
【００８４】
図１２のように、領域Ｒ３の階段の一段は、波長λ１の青色光に与える空気中を通る光線との光路長差が、約１．１４λ１になるような高さ（深さ又は段差）にしてある。図１２は物理的な断面形状を示している。例えば、図１２において下側が、回折構造（又は回折素子又はホログラム素子）の基材側（又は硝材側）、すなわち屈折率の高い側であり、上側が、空気側、すなわち屈折率の低い側であるとして説明するが、逆の配置でもよい。この点は本願の他の実施の形態でも共通である。
【００８５】
図１２において、縦方向は硝材の厚さ又は高さを示している。このように矩形形状を組み合わせた断面形状を階段状の断面形状と呼ぶのは上述した他の実施の形態と同じである。図１２では、領域Ｒ３の単位段差によって生じる光路長差が、青色光の波長λ１の１．１４倍であることを示している。ここで、波長λ１は３９０ｎｍ〜４１５ｎｍである。標準的には波長λ１は４０５ｎｍぐらいなので、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの波長を総称して約４０５ｎｍと呼び、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの波長の光を青色光と呼ぶ。
【００８６】
回折格子の階段の高さ（レベル）を単位段差の整数倍にすると、この断面形状による青色光に対する位相変調量は２π＋０．１４×２πの整数倍となり、実質的には、一段あたりの位相変調量は０．１４×２πになる。この階段を７レベル（段差は６つ）形成することにより、光路長差が１波長の高さの鋸歯形状を近似することができる。図１２に示す回折構造は、あたかも＋１次回折を起こす周期が１周期形成される働きをするので、青色光に対しては、＋１次回折が最も強く発生する。
【００８７】
次に、波長λ２は６３０ｎｍ〜６８０ｎｍとする。標準的には波長λ２は６６０ｎｍを使われることが多いので、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長を総称して約６６０ｎｍと呼び、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長の光を赤色光と呼ぶ。波長λ２の光に対しては、図１２の領域Ｒ３の断面形状では単位段差によって生じる光路長差が、赤色光の波長λ２の約０．７倍になる。この断面形状による赤色光に対する位相変調量は２π−０．３×２πの整数倍となり、実質的には、一段あたりの位相変調量は−０．３×２πになる。この階段を７レベル（段差は６つ）形成することにより、上記の青色光に対する鋸歯形状とは逆向きの傾斜であって光路長差が約２波長の高さの鋸歯形状を近似することができる。図１２に示す回折構造は、あたかも−１次回折を起こす周期が２周期形成される働きをするので、赤色光に対しては、−２次回折が最も強く発生する。
【００８８】
さらに、波長λ３は７７０ｎｍ〜８２０ｎｍとする。標準的には７８０ｎｍの波長λ３の光を赤外光と呼ぶ。赤外光が、０．４５〜０．５の開口数の対物レンズによって、厚さ１．２ｍｍの透明基材を通して情報記録面に収束され、情報記録面からの反射光が受光されることにより、ＣＤが再生される。
【００８９】
波長λ３の光に対しては、図１２に示す領域Ｒ３の断面形状では単位段差によって生じる光路長差が、赤外光の波長λ３の約０．６倍になる。この断面形状による赤外光に対する位相変調量は０．６×２πの整数倍となり、実質的には、一段あたりの位相変調量は−０．４×２πになる。この階段を７レベル（段差は６つ）形成することにより、上記の青色光に対する鋸歯形状とは逆向きの傾斜であり、赤色光に対する鋸歯形状と同じ向きの傾斜であって、光路長差が約３波長の高さの鋸歯形状を近似することができる。図１２に示す回折構造は、あたかも−１次回折を起こす周期が３周期形成される働きをするので、赤外光に対しては、−３次回折が最も強く発生する。
【００９０】
このように、青色光、赤色光及び赤外光に対する最も強い回折が、＋１次、−２次及び−３次というように全く異なる次数において起こるので、青色光、赤色光及び赤外光のそれぞれで回折方向が大きく異なり、この差を利用して異なる基材厚を通して収束するように設計可能となる。
【００９１】
図１２の断面形状を有するホログラムレンズが、光軸に最も近い領域Ｒ３に形成されることによって、領域Ｒ３は、青色光、赤色光及び赤外光をそれぞれ異なる厚みを有する透明基材を通して収束させる。そして、領域Ｒ３の外周部には、例えば図６の領域Ｒ１と同じ回折構造を有する領域Ｒ４が形成されて、領域Ｒ４は、青色光及び赤色光をそれぞれ異なる厚みを有する透明基材を通して領域Ｒ３を通った光と共に収束させる。そして、図１２には図示していないが、領域Ｒ４のさらに外周部には、例えば図６〜図８の領域Ｒ２と同じ回折構造を有する領域が形成されて、当該領域（領域Ｒ２）は、青色光を内周部の領域Ｒ３及びＲ４を通過した光と共にＢＤの情報記録面上に収束させる。青色光は、全領域を通過するため、各領域間の位相を合わせることが望ましい。
【００９２】
領域Ｒ３の７レベルの断面形状の平均レベルと、領域Ｒ４の４レベルの断面形状の平均レベルとを一致させ、かつ、領域Ｒ３と領域Ｒ４との位相を連続的につなぐためには、一見図１２のように高さ方向を調整すればいいように考えられる。しかし、近似される位相変化を詳細に検討すると位相ずれが生じていることがわかる。
【００９３】
図１２において、領域Ｒ３の右端の光路長差は、平均レベルＭよりも約３．５波長（＝３．４２＋０．０７）高い。つまり、実質的に０．５波長の位相ずれが生じている。
【００９４】
一方、領域Ｒ４の左端の光路長差は、平均レベルＭよりも約２．０波長（＝１．８７５＋０．１２５）低い。つまり、実質的に位相ずれが生じていない。
【００９５】
結果として、領域Ｒ３の右端と領域Ｒ４の左端とは、実質的に０．５波長の位相ずれが生じている。
【００９６】
発明者らは、位相の平均レベルを一致させながら、位相ずれを解消する構成を発明した。図１３は、本発明の実施の形態４における回折構造を示す図である。領域Ｒ３と領域Ｒ４との位相を合わせるため、領域Ｒ３と領域Ｒ４の間に境界帯ＲＣを設ける。境界帯ＲＣには、領域Ｒ３に形成される７レベルの回折構造の一周期ｐ１３の約半分の周期ｐｋ３の幅を有する４レベルの回折構造が形成される。但し、境界帯ＲＣの右端の階段のレベル幅Ｗ１は、境界帯ＲＣにおける他の階段のレベル幅Ｗ０に比べて約半分にする。図１３の構成では、領域Ｒ３と同じ回折構造を境界帯ＲＣに延長して形成しており、かつ、領域Ｒ３の右端の光路長は平均レベルＭと一致する。また、領域Ｒ４の左端も光路長が実質的に平均レベルＭと一致している。そのため、領域Ｒ３と領域Ｒ４との位相の連続性を実現できていることがわかる。
【００９７】
すなわち、領域Ｒ３には、６段７レベルの階段状の断面を有する第１の回折構造が形成される。領域Ｒ４には、３段４レベルの階段状の断面を有する第２の回折構造が形成される。第１の回折構造及び第２の回折構造の階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．１４波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７波長の光路長差を与える。境界帯ＲＣは、領域Ｒ３の０．５周期分の階段を有している。
【００９８】
領域Ｒ３は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生する。領域Ｒ４は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生する。領域Ｒ３から発生する青色光の２次回折光と、領域Ｒ４から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。領域Ｒ３から発生する赤色光の−２次回折光と、領域Ｒ４から発生する赤色光の−１次回折光とは、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。領域Ｒ３から発生する赤外光の−３次回折光は、厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束する。
【００９９】
また、境界帯ＲＣは、領域Ｒ４の回折構造を延長して形成してもかまわない。図１４は、本発明の実施の形態４の第１の変形例における回折構造を示す図である。境界帯ＲＣには、領域Ｒ４に形成される４レベルの回折構造の一周期ｐ０３の約半分の周期ｐｋ４の幅を有する２レベルの回折構造を形成する。図１４の構成では、領域Ｒ４と同じ回折構造を境界帯ＲＣに延長して形成しており、かつ、領域Ｒ４の左端の光路長は平均レベルＭと約０．５波長の光路長差を生じている。また、領域Ｒ３の右端も光路長が実質的に平均レベルＭと約０．５波長の光路長差を生じている。そのため、領域Ｒ３と領域Ｒ４との位相の連続性を実現できていることがわかる。
【０１００】
すなわち、領域Ｒ３には、６段７レベルの階段状の断面を有する第１の回折構造が形成される。領域Ｒ４には、３段４レベルの階段状の断面を有する第２の回折構造が形成される。第１の回折構造及び第２の回折構造の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．１４波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７波長の光路長差を与える。境界帯ＲＣは、領域Ｒ４の０．５周期分の階段を有している。
【０１０１】
領域Ｒ３は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生する。領域Ｒ４は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生する。領域Ｒ３から発生する青色光の２次回折光と、領域Ｒ４から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。領域Ｒ３から発生する赤色光の−２次回折光と、領域Ｒ４から発生する赤色光の−１次回折光とは、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。領域Ｒ３から発生する赤外光の−３次回折光は、厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束する。
【０１０２】
更に、実施の形態４では、図１３に示す回折構造と図１４に示す回折構造とを組み合わせた回折構造とすることも可能である。これについて、図１５及び図１６を用いて説明する。図１５は、本発明の実施の形態４の第２の変形例における回折構造を示す図である。図１５に示す破線は、図１３に示す回折構造の境界帯に、図１４に示す回折構造の境界帯を重ね合わせたものである。
【０１０３】
図１３における境界帯ＲＣは、領域Ｒ３の回折構造の断面形状を延長し、図１４における境界帯ＲＣは、領域Ｒ４の回折構造の断面形状を延長している。いずれの回折構造でも、位相を連続にすることが可能であるので、これらの中間の形態についても、位相を連続にすることが可能である。例えば、図１５において、上向きの矢印Ｙ１で示す位置を境に左側の断面形状は、実線の断面形状、すなわち領域Ｒ３の回折構造を延長した断面形状とし、右側の断面形状は、破線の断面形状、すなわち領域Ｒ４の回折構造を延長した断面形状とすることも可能である。
【０１０４】
さらに、図１５に示す境界帯ＲＣの回折構造を領域Ｒ３側へ半周期伸ばすことも可能である。図１６は、本発明の実施の形態４の第３の変形例における回折構造を示す図である。図１６に示す破線は、図１３に示す回折構造の境界帯に、図１４に示す回折構造の境界帯を重ね合わせたものである。図１６において、上向きの矢印Ｙ２で示す位置を境に左側の境界帯ＲＣ２の断面形状は、実線の断面形状、すなわち領域Ｒ３の回折構造を延長した断面形状とし、右側の境界帯ＲＣ１の断面形状は、破線の断面形状、すなわち領域Ｒ４の回折構造を延長した断面形状としてもよい。
【０１０５】
要は、各領域の断面形状の、最上位段と最下位段との間を一周期と定義した時に、図１３のように、６段７レベルの断面形状の一周期の中央の点と、３段４レベルの最上位段又は最下位段とを一致させる。そして、具体的形状としては、図１３に示す断面形状を基準として、位相変化に応じて境界帯ＲＣにおける領域Ｒ３と領域Ｒ４との接続点を図１６に示すように左右に変更することが可能である。
【０１０６】
接続部を上記のように変更すればよい理由は、６段７レベルの断面形状の一周期の中央の点と、３段４レベルの最上位段又は最下位段とが、いずれも平均レベルＭの位相に一致しているためである。一般化して考えると、１段が１波長以上１．５波長以下の光路長差を与える階段から構成され、最上位レベルと最下位レベルとの間の断面形状がＮＥ段かつ（ＮＥ＋１）レベル（ＮＥは正の偶数）の階段状の断面を有する回折構造では、最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とする。また、最上位レベルと最下位レベルとの間の断面形状がＮＯ段かつ（ＮＯ＋１）レベル（ＮＯは正の奇数）の階段状の断面を有する回折構造では、最上位レベル又は最下位レベルの点を基準点とする。また、図３に例示したような鋸歯状の断面を有する回折構造では、最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点が平均レベルＭの位相に一致するので、最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とすればよい。
【０１０７】
従って、第１の回折構造は、１段が１波長以上１．５波長以下の光路長差を与える階段から構成され、最上位レベルと最下位レベルとの間の形状がＮＥ段かつ（ＮＥ＋１）レベル（ＮＥは正の偶数）の階段状の断面を有する。また、第２の回折構造は、１段が１波長以上１．５波長以下の光路長差を与える階段から構成され、最上位レベルと最下位レベルとの間の形状がＮＯ段かつ（ＮＯ＋１）レベル（ＮＯは正の奇数）の階段状の断面を有する。そして、第１の回折構造と第２の回折構造とを混在させる場合、第１の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、第２の回折構造の最上位レベル又は最下位レベルの点を基準点とし、第１の回折構造を有する領域と第２の回折構造を有する領域との境界部分では、第１の回折構造の基準点と第２の回折構造の基準点とを一致させればよい。
【０１０８】
また、第３の回折構造は、鋸歯状の断面を有する。第１の回折構造と第３の回折構造とを混在させる場合、第１の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、第３の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、第１の回折構造を有する領域と第３の回折構造を有する領域との境界部分では、第１の回折構造の基準点と第３の回折構造の基準点とを一致させればよい。
【０１０９】
また、第２の回折構造と第３の回折構造とを混在させる場合、第２の回折構造の最上位レベル又は最下位レベルの点を基準点とし、第３の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、第２の回折構造を有する領域と第３の回折構造を有する領域との境界部分では、第２の回折構造の基準点と第３の回折構造の基準点とを一致させればよい。
【０１１０】
すなわち、領域Ｒ３と領域Ｒ４とにはそれぞれ、１段が１波長以上１．５波長以下の光路長差を与える階段から構成され、最上位レベルと最下位レベルとの間の形状がＮＥ段（ＮＥ＋１）レベル（ＮＥは正の偶数）の階段状の断面を有する第１の回折構造と、１段が１波長以上１．５波長以下の光路長差を与える階段から構成され、最上位レベルと最下位レベルとの間の形状がＮＯ段（ＮＯ＋１）レベル（ＮＯは正の奇数）の階段状の断面を有する第２の回折構造と、鋸歯状の断面を有する第３の回折構造とのうちのいずれかの回折構造が形成される。領域Ｒ３と領域Ｒ４とには、それぞれ異なる回折構造が形成される。第１の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、第２の回折構造の最上位レベル又は最下位レベルの点を基準点とし、第３の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、境界帯では、領域Ｒ３の回折構造の基準点と領域Ｒ４の回折構造の基準点とを一致させる。
【０１１１】
上記の境界帯の回折構造の作成方法を基準として、図１６を用いて説明したように、領域Ｒ３と領域Ｒ４との接続点を左右（レンズの半径方向）に変更することが可能である。本実施の形態において基準点を一致させるとは、このように接続点を左右（レンズの半径方向）に変更することを含んでいる。
【０１１２】
また、領域Ｒ４の外周側に例えば図６の領域Ｒ２を形成する場合は、実施の形態２と同様にして領域Ｒ４と領域Ｒ２との位相を合わせればよい。また、赤色光については領域Ｒ３と領域Ｒ４との位相を合わせる必要があるが、本実施の形態４では、赤色光についても領域Ｒ３と領域Ｒ４との位相を整合させることができる。
【０１１３】
なお、これまでは、一周期の回折格子を中心に説明してきたが、図１１の領域Ｒ３をホログラムレンズにしたときの概念図を図１７に示す。図１７は、図１１の領域Ｒ３の回折構造が形成されたホログラムレンズを示す概念図である。図１７において、ホログラムレンズＨ１は、青色光に対して凸レンズ作用を与え、赤色光及び赤外光に対して凹レンズ作用を与える構成である。ホログラムレンズＨ１は、ＣＤ及びＤＶＤから情報を再生する時のレンズと光ディスク表面との間の距離を確保するために有利な構成である。なお、素子材（硝材）と空間とを逆転すれば、ホログラムレンズＨ１は、青色光に対して凹レンズ作用を与え、赤色光及び赤外光に対して凸レンズ作用を与える構成となる。
【０１１４】
なお、本発明では回折格子の断面形状として鋸歯状又は階段状の断面形状を図示する際、典型的な断面形状を図示してきた。実際にレンズを作成する際には、作成誤差、作成工具の形状又は作成工法の都合により、鋸歯の頂点又は谷が丸みを帯びたり、階段の角が丸みを帯びたり、傾斜角度が多少異なったりする場合もあるが、原理的に本発明の思想に合致する境界帯の回折構造を有することにより、位相のずれを最小限に抑えることが本質であり、多少の形状差にはこだわらない。
【０１１５】
また、回折格子の一周期とは、入射光の位相と回折光の位相との差が２πの整数倍になる長さであり、回折角度に応じて変化するものである。
【０１１６】
さらに、レンズ性能を様々な角度で捉えたときに、位相を意識的に不連続になるよう設計する場合もある。その場合は、本発明の構成を基本とし、位相の不連続分をφとして、係数ＡをＡ＝φ／２πと定義し、回折次数の絶対値をＮＫ（ＮＫは自然数）として、一周期に係数Ａを乗算した値をＮＫで除算した距離だけ横軸方向（レンズの半径方向）にずらせばよい。このような場合も本発明の応用であり、変形例である。
【０１１７】
なお、本実施の形態４において、領域Ｒ４は、図３の領域Ｒ２０の回折構造と同じであってもよく、領域Ｒ４のさらに外周部には、図３の領域Ｒ１０と同じ回折構造を有する領域を設けてもよい。領域Ｒ４と領域Ｒ１０との間には、図３の境界帯ＲＢが形成される。また、領域Ｒ４と領域Ｒ２との間にも境界帯（例えば図７の領域Ｒ７又は図８の領域Ｒ７及びＲ８）が形成される。つまり、領域Ｒ４と、領域Ｒ４の外周側の領域とは、実施の形態１及び実施の形態２において説明した回折構造が適用可能である。
【０１１８】
なお、本実施の形態において、領域Ｒ３が第１の領域の一例に相当し、領域Ｒ４が第２の領域の一例に相当し、領域Ｒ２が第３の領域の一例に相当し、境界帯ＲＣが第２の境界帯及び境界帯の一例に相当する。
【０１１９】
（実施の形態５）
さらに、ＣＤ、ＤＶＤ及びＢＤの互換レンズの構成例について図１８を用いて説明する。図１８は、本発明の実施の形態５における複合対物レンズの構成を示す図である。複合対物レンズ１３は、光学素子１３１と対物レンズ１４とを備える。
【０１２０】
光学素子１３１は、回折型又は位相段差型の光学素子であり、屈折面を片面又は両面に形成しても良い。なお、図１８に示す光学素子１３１は、光ディスク側の面のみに屈折面が形成されている。光学素子１３１には、一方の面に凹面の屈折面が形成される。凹面の屈折面と、青色光に対して凸レンズとして作用する回折構造又は位相段差素子とを組み合わせてレンズパワーを相殺することにより、光学素子１３１全体として青色光の基準波長に対するレンズパワーをゼロにすることができる。そうすれば、光学素子１３１と組み合わせて用いる屈折型の対物レンズ１４を、厚さｔ１を有する光ディスク９の透明基材を通して所定の開口数ＮＡ１以上で収束できるよう設計すればよいので、対物レンズ１４の製造時の検査を容易にできるという効果がある。
【０１２１】
なお、光ディスク９は、例えばＢＤであり、厚さｔ１の透明基材を有する。光ディスク１０は、例えばＤＶＤであり、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を有する。光ディスク１１は、例えばＣＤであり、厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を有する。
【０１２２】
いずれにせよ、対物レンズ１４は、波長λ１の青色光ビームを、光学素子１３１によって変調した後、厚さｔ１を有する光ディスク９の透明基材を通して情報記録面９ａ上へさらに集光するように設計される。また、対物レンズ１４は、波長λ２の赤色光ビームを、光学素子１３１の回折構造又は位相段差型光学素子によって変調した後、厚さｔ２を有する光ディスク１０の透明基材を通して情報記録面１０ａ上へさらに集光するように設計される。さらに、対物レンズ１４は、波長λ３の赤外光ビームも、光学素子１３１によって変調した後、厚さｔ３を有する光ディスク１１の透明基材を通して情報記録面１１ａ上へさらに集光するように設計される。
【０１２３】
各波長の光ビームは、波長の違いと、前述した回折次数の違いと、位相段差から与えられる位相の違いと、屈折型の対物レンズ１４の波長に依存する屈折率の違い（分散）とを利用して、異なる厚さの透明基材を通過する際に情報記録面に収束されるように設計できる。
【０１２４】
また、回折構造を対物レンズ１４の表面に直接形成し、光学素子１３１と対物レンズ１４とを一体化してもよく、この場合、部品点数を削減することができる。例えば、図６に示した格子形状を対物レンズの表面に一体形成する場合であれば、対物レンズ１４の表面、すなわち屈折面に合わせて平均レベルＭを変形させ、回折格子の断面形状を平均レベルＭの変形と同様に変形させればよい。従って、対物レンズの表面が非球面であれば、図６において水平に描いた各階段面や、鋸歯形状の斜面部分も非球面にする。また、対物レンズの表面に段差を形成する設計であれば、図６の格子形状に更に段差を重畳した形状にする。
【０１２５】
本実施の形態の対物レンズがフラットであると仮定した場合の格子形状と、対物レンズの表面の非球面形状とを合わせた対物レンズの形状も本発明の権利範囲内であることは言うまでもない。
【０１２６】
ＣＤ、ＤＶＤ及びＢＤは、それぞれ光を収束する際に適した開口数ＮＡが異なる。ＢＤに適した開口数ＮＡ１は０．８５以上である。ＤＶＤに適した開口数ＮＡ２は０．６〜０．６７程度である。ＣＤに適した開口数ＮＡ３は０．４５〜０．５５程度である。開口数が上記の開口数ＮＡ１〜ＮＡ３の値より小さければ光ビームを記録面上において十分に小さく絞ることができない。また、開口数が上記の開口数ＮＡ１〜ＮＡ３の値より大きすぎれば、光ディスクが変形して傾いた場合等に大きな波面の乱れが生じ、安定した情報の記録又は再生に適さない。
【０１２７】
開口数ＮＡ３は、開口数ＮＡ２及び開口数ＮＡ１に比べて小さくする必要があるため、光学素子１３１には光軸を中心とした同心円状の３つの領域を設ける。最内周の領域１３１Ｃには、上述の実施の形態３で述べた図１１の領域Ｒ３と同じ回折構造が形成される。最内周の領域１３１Ｃに入射した赤外光６３は、破線で示すように約１．２ｍｍの厚さｔ３を有する透明基材を通して情報記録面１１ａ上に収束される。
【０１２８】
最内周の領域１３１Ｃの外側の領域１３１Ｂには、図１１の領域Ｒ４、言い換えると、図６の領域Ｒ１と同じ回折構造が形成される。中周の領域１３１Ｂと最内周の領域１３１Ｃとに入射した赤色光６２は、約０．６ｍｍの厚さｔ２を有する透明基材を通して情報記録面１０ａ上に収束される。
【０１２９】
中周の領域１３１Ｂの外側の領域１３１Ｆには、図６の領域Ｒ２と同じ回折構造が形成される。最内周の領域１３１Ｃと中周の領域１３１Ｂと外周の領域１３１Ｆとに入射した青色光６１は、約０．１ｍｍの厚さｔ１を有する透明基材を通して情報記録面９ａ上に収束される。
【０１３０】
このように、最内周の領域１３１Ｃは、赤外光が用いられるＣＤ、赤色光が用いられるＤＶＤ、及び青色光が用いられるＢＤのすべてで兼用される領域である。最も短波長である青色光６１は、屈折型の対物レンズ１４の分散が大きい上に、焦点深度が浅いので軸上色収差を補正することが望ましい。軸上色収差の補正は、光学素子１３１の回折構造が凸レンズ作用を有するように設計することよって実現できる。
【０１３１】
上述の実施の形態の回折素子構造を用いれば、破線で示す赤外光６３又は２点鎖線で示す赤色光６２は、青色光６１の場合とは逆の作用を受けるので、凹レンズ作用が発揮され、焦点距離が長くなる。特に、赤外光６３は赤色光６２より波長が長いために凹レンズ作用を強く受ける。このため、赤色光６２の焦点距離は、青色光６１の焦点距離より長くなり、赤外光６３の焦点距離は、赤色光６２の焦点距離より長くなる。したがって、赤色光６２又は赤外光６３の焦点位置を対物レンズ１４からより遠くへ移動させることができて、光ディスク１０又は光ディスク１１の厚い透明基材を通して焦点を結ぶことができる。つまり、対物レンズ１４の表面と、光ディスク１０又は光ディスク１１の表面との間隔、すなわち作動距離（ワーキングディスタンス：ＷＤ）を確保できるという効果がある。
【０１３２】
図１９は、図１８の光学素子１３１を示す図である。図１９の上側の図は、光学素子１３１を示す平面図であり、図１９の下側の図は、光学素子１３１を示す図１８と同様の断面図である。図１８を用いて説明したとおり、光学素子１３１の回折構造は、内中周境界１３１Ａの内側の最内周の領域１３１Ｃと、内中周境界１３１Ａと中外周境界１３１Ｅとの間の中周の領域１３１Ｂと、中外周境界１３１Ｅと光ビームの有効範囲１３１Ｄとの間の外周の領域１３１Ｆとで異なる。
【０１３３】
内周の領域１３１Ｃは、光学素子１３１と光軸との交点、すなわち光学素子１３１の中心を含む領域である。この領域１３１Ｃは、赤外光ビームを用いて光ディスク１１に情報を記録又は再生する際と、赤色光ビームを用いて光ディスク１０に情報を記録又は再生する際と、青色光ビームを用いて光ディスク９に情報を記録又は再生する際とに使用される。
【０１３４】
中周の領域１３１Ｂは、赤色光ビームを用いて光ディスク１０に情報を記録又は再生する際と、青色光ビームを用いて光ディスク９に情報を記録又は再生する際とに使用される。赤外光ビームを用いて光ディスク１１に情報を記録又は再生する際は、この領域１３１Ｂを通過した赤外光ビームは収束されず、開口数ＮＡ３は、開口数ＮＡ１及び開口数ＮＡ２より小さくする。
【０１３５】
外周の領域１３１Ｆは、青色光ビームを用いて光ディスク９に情報を記録又は再生する際のみに使用される。赤色光ビームを用いて光ディスク１０に情報を記録又は再生する際又は赤外光ビームを用いて光ディスク１１に情報を記録又は再生する際は、この領域１３１Ｆを通過した赤色光ビーム又は赤外光ビームは収束されず、開口数ＮＡ２は、開口数ＮＡ１より小さくする。
【０１３６】
なお、外周の領域１３１Ｆには、図６の領域Ｒ２のように、鋸歯形状の断面を有する回折構造を設けて青色光の回折効率をより高くすることが望ましい。加工の容易さを考えると、２次回折又は３次回折が起こるように、領域１３１Ｆの周期と深さとを２倍又は３倍にすることが望ましい。
【０１３７】
また、ＤＶＤとＢＤとの互換再生を行い、ＣＤとの互換再生を行わない場合は、領域１３１Ｃを省略し、領域１３１Ｂが光軸付近まで形成される。
【０１３８】
また、青色光が回折構造によって凸レンズ作用を受けるように、回折構造を凸レンズ型にすることによって、波長λ１が、数ｎｍ程度変化した場合の焦点距離変化を低減することもできる。
【０１３９】
また、青色光の焦点距離よりも赤色光の焦点距離が長く、かつ、赤色光の焦点距離よりも赤外光の焦点距離が長くなるように設計することにより、あるいは、赤色光及び赤外光がいずれも回折構造によって凹レンズ作用を受けるように設計することにより、対物レンズの表面と光ディスクの表面との間の空間（作動距離）をより長くすることもできる。
【０１４０】
（実施の形態６）
図２０は、本発明の実施の形態６における光ヘッド装置の概略構成を示す図である。図２０において、光ヘッド装置は、レーザ光源１、リレーレンズ２、３ビーム格子３、ビームスプリッタ４、１／４波長板５、集光レンズ６、光検出器７、コリメートレンズ８、立ち上げミラー１２、複合対物レンズ１３、アクチュエータ１５、ビームスプリッタ１６、２波長レーザ光源２０、リレーレンズ２１、３ビーム格子２２、検出回折素子３１、検出レンズ３２及び光検出器３３を備える。複合対物レンズ１３は、対物レンズ１４及び光学素子１３１を備える。
【０１４１】
レーザ光源１は、３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲内であり、標準的には４０８ｎｍぐらいである波長λ１の青色光を出射する。２波長レーザ光源２０は、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内であり、標準的には６６０ｎｍである波長λ２の赤色光と、７７０ｎｍ〜８１０ｎｍの範囲内であり、標準的には７８０ｎｍである波長λ３の赤外光とを出射する。コリメートレンズ８は、光を平行光に変換する。立ち上げミラー１２は光軸を折り曲げる。
【０１４２】
光ディスク９は、基材厚みｔ１が約０．１ｍｍ（製造誤差を含め０．１１ｍｍ以下の基材厚を約０．１ｍｍと呼ぶ）又は０．１ｍｍより薄い基材厚みであり、波長λ１の光ビームによって情報が記録又は再生されるＢＤ等の第３世代の光ディスクである。光ディスク１０は、基材厚みｔ２が約０．６ｍｍ（製造誤差を含め０．５ｍｍ〜０．７ｍｍの基材厚を約０．６ｍｍと呼ぶ）であり、波長λ２の光ビームによって情報が記録又は再生されるＤＶＤ等の第２世代の光ディスクである。光ディスク１１は、基材厚みｔ３が約１．２ｍｍ（製造誤差を含め０．８ｍｍ〜１．５ｍｍの基材厚を約１．２ｍｍと呼ぶ）であり、波長λ３の光ビームによって情報が記録又は再生されるＣＤ等の第１世代の光ディスクである。
【０１４３】
図２０に示す光ディスク９及び光ディスク１０は、光の入射面から記録面までの基材のみを図示している。実際には、機械的強度を補強し、また、外形をＣＤ（光ディスク１１）と同じ１．２ｍｍにするため、基材と保護板とが張り合わせられる。光ディスク１０では、基材は、厚み０．６ｍｍの保護材と張り合わされる。光ディスク９では、基材は、厚み１．１ｍｍの保護材と張り合わされる。光ディスク１１でも、基材は、薄い保護材と張り合わされる。図２０では、簡単化のため、保護材は省略している。
【０１４４】
なお、図２０では、光ヘッド装置が、波長λ２と波長λ３との２波長の光を出射する２波長レーザ光源２０を備える構成を示しているが、波長毎にそれぞれ別個の光源と、各光源からの光の光路を合わせるダイクロイックミラーとを備える構成であってもよい。
【０１４５】
また、ＤＶＤとＢＤとの互換再生を行い、ＣＤの互換再生を行わない場合は、赤外レーザ光源を省略することもできる。
【０１４６】
レーザ光源１及び２波長レーザ光源２０は、好ましくは半導体レーザ光源で構成することにより、光ヘッド装置、及び当該光ヘッド装置を備える光情報装置を小型、軽量及び低消費電力にすることができる。
【０１４７】
最も記録密度の高い光ディスク９に情報を記録又は再生する際には、レーザ光源１から出射した波長λ１の青色光６１がビームスプリッタ４によって反射され、コリメートレンズ８によって略平行光に変換される。略平行光に変換された青色光６１は、立ち上げミラー１２によって光軸が折り曲げられ、１／４波長板５によって円偏光に変換される。１／４波長板５は、波長λ１及び波長λ２の両方の光に対して、１／４波長板として作用するように設計する。さらに、円偏光に変換された青色光６１は、光学素子１３１と対物レンズ１４とによって厚さ約０．１ｍｍの光ディスク９の透明基材を通して情報記録面９ａに集光される。ここで、図面の都合上、立ち上げミラー１２は光ビームを図面の上方に曲げるように記述したが、実際には図面から手前（又は奥）へ図面に対して垂直な方向へ光ビームの光軸を折り曲げる構成とする。
【０１４８】
情報記録面９ａで反射した青色光６１は、もとの光路を逆にたどって（復路）、１／４波長板５によって往路とは直角方向の直線偏光に変換され、ビームスプリッタ４をほぼ全透過し、ビームスプリッタ１６で全反射される。ビームスプリッタ１６を反射した青色光６１は、検出回折素子３１によって回折され、さらに検出レンズ３２によって焦点距離が伸ばされて、光検出器３３に入射する。光検出器３３の出力が演算されることによって、焦点制御又はトラッキング制御に用いるサーボ信号と、情報信号とが得られる。
【０１４９】
上記のように、ビームスプリッタ４は、波長λ１の青色光６１に関しては、１方向の直線偏光を全反射し、それと直角方向の直線偏光を全透過する偏光分離膜を具備する。かつ、後で述べるように、ビームスプリッタ４は、波長λ２の赤色光６２又は波長λ３の赤外光６３に関しては、２波長レーザ光源２０から出射する赤色光６２又は赤外光６３を全透過する。このように、ビームスプリッタ４は、偏光特性と共に波長選択性を持った光路分岐素子である。なお、ビームスプリッタ４から偏光依存性をなくすことにより、１／４波長板５を省略することも可能である。
【０１５０】
次に、光ディスク１０に情報を記録又は再生する際には、２波長レーザ光源２０から出射した略直線偏光で波長λ２の赤色光６２がビームスプリッタ１６とビームスプリッタ４とを透過し、コリメートレンズ８によって略平行光に変換される。略平行光に変換された赤色光６２は、さらに立ち上げミラー１２によって光軸が折り曲げられ、光学素子１３１と対物レンズ１４とによって厚さ約０．６ｍｍの光ディスク１０の透明基材を通して情報記録面１０ａに集光される。
【０１５１】
情報記録面１０ａで反射した赤色光６２は、もとの光路を逆にたどって（復路）、ビームスプリッタ４をほぼ全透過し、ビームスプリッタ１６で全反射される。ビームスプリッタ１６を反射した赤色光６２は、検出回折素子３１によって回折され、さらに検出レンズ３２によって焦点距離が伸ばされて、光検出器３３に入射する。光検出器３３の出力が演算されることによって、焦点制御又はトラッキング制御に用いるサーボ信号と、情報信号とが得られる。このように、青色光と赤色光とで共通の光検出器３３から、光ディスク９及び光ディスク１０のサーボ信号を得るためには、レーザ光源１の発光点と２波長レーザ光源２０の赤色光の発光点とを、対物レンズ１４側の共通の位置に対して結像関係にあるように配置する。こうすることにより、光検出器の数も配線数も減らすことができる。
【０１５２】
ビームスプリッタ１６は、波長λ２の赤色光６２に関しては、１方向の直線偏光を全透過し、それと直角方向の直線偏光を全反射する偏光分離膜である。かつ、ビームスプリッタ１６は、波長λ１の青色光６１に関しては全反射する。このように、ビームスプリッタ１６も、偏光特性と共に波長選択性を持った光路分岐素子である。なお、ビームスプリッタ１６から偏光依存性をなくすことにより、１／４波長板５を省略することも可能である。なお、光源２０と光検出器３３との位置関係を入れ替える構成も可能である。
【０１５３】
２波長レーザ光源２０から赤外光６３を出射させて光ディスク１１に情報を記録又は再生する際の動作は、２波長レーザ光源２０から赤色光６２を出射させて光ディスク１０に情報を記録又は再生する際の動作と同様である。
【０１５４】
さらに、以下に、光ヘッド装置の全体構成として付加的に有効な構成例について説明する。ただし、本実施の形態の重要な点は、光ディスク９、光ディスク１０及び光ディスク１１の互換再生又は記録を実現するための光学素子１３１、あるいは光学素子１３１と対物レンズ１４とを組み合わせた複合対物レンズ１３にある。光学素子１３１又は複合対物レンズ１３以外に説明する構成は、下記の内容を含め、すでに説明した構成でも、ビームスプリッタ、検出レンズ及び検出回折素子は必須の構成ではなく、好ましい構成としてそれぞれ効果を有するものの、それ以外の構成も適宜使用可能である。
【０１５５】
図２０において、光ヘッド装置は、レーザ光源１からビームスプリッタ４までの間に３ビーム格子（回折素子）３をさらに備えることにより、光ディスク９のトラッキングエラー信号をよく知られたディファレンシャルプッシュプル（ＤＰＰ）法によって検出することも可能である。
【０１５６】
また、光ヘッド装置は、レーザ光源１からビームスプリッタ４までの間にリレーレンズ２をさらに備えることにより、青色光６１のコリメートレンズ８における光取り込み率を適正なものにすることが可能である。
【０１５７】
さらに、光ヘッド装置は、２波長レーザ光源２０からビームスプリッタ１６までの間に３ビーム格子（回折素子）２２をさらに備えることにより、光ディスク１０のトラッキングエラー信号をよく知られたディファレンシャルプッシュプル（ＤＰＰ）法によって検出することも可能である。
【０１５８】
また、光ヘッド装置は、コリメートレンズ８を光軸方向（図２０の左右方向）へ動かすことにより、光ビームの平行度を変化させることも有効である。基材が厚み誤差を有する場合や、光ディスク９が２層ディスクの場合に、層間厚みに起因する球面収差が発生するが、このようにコリメートレンズ８を光軸方向に動かすことによって、球面収差を補正することができる。
【０１５９】
このように、コリメートレンズ８を動かすことにより、光ディスクに対する集光光の開口数が０．８５の場合に数１００ｍλ程度の球面収差を補正することが可能であり、±３０μｍの基材厚み誤差を補正することもできる。また、赤外光６３を用いて光ディスク１１に情報を記録又は再生する場合に、コリメートレンズ８を図２０の左側、すなわち２波長レーザ光源２０へ近い側に移動させることによって、対物レンズ１４へ向かう赤外光６３を発散光にする。これにより、光ディスク１１に対する集光スポットをより対物レンズ１４から離すと共に、基材厚みに起因する収差の一部を補正し、光学素子１３１に求められる収差補正量を低減して回折構造ピッチを広くし、光学素子１３１の作成を容易にすることもできる。
【０１６０】
さらに、ビームスプリッタ４に入射した、レーザ光源１から出射する直線偏光の青色光の一部（例えば１０％程度）を透過させ、透過した青色光をさらに集光レンズ６によって光検出器７へ導いてもよい。そして、光検出器７から得られる信号を用いてレーザ光源１の発光光量変化をモニタし、モニタされた発光光量変化をフィードバックして、レーザ光源１の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
【０１６１】
さらに、ビームスプリッタ４に入射した、２波長レーザ光源２０から出射する直線偏光の光の一部（例えば１０％程度）を反射させ、反射した光をさらに集光レンズ６によって光検出器７へ導いてもよい。そして、光検出器７から得られる信号を用いて２波長レーザ光源２０の発光光量変化をモニタし、モニタされた発光光量変化をフィードバックして、２波長レーザ光源２０の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
【０１６２】
（実施の形態７）
さらに、本発明の実施の形態６における光ヘッド装置を備える光情報装置について説明する。図２１は、本発明の実施の形態７における光情報装置の概略構成を示す図である。光情報装置１００は、駆動装置１０１、電気回路１０２、光ヘッド装置１０３及びモータ１０４を備える。
【０１６３】
図２１において、光ディスク９（又は光ディスク１０又は光ディスク１１）は、ターンテーブル１０５に載置され、ターンテーブル１０５とクランパー１０６で挟んで固定され、モータ１０４によって回転される。光ヘッド装置１０３は、実施の形態６で説明した光ヘッド装置である。駆動装置１０１は、光ディスク９の所望の情報の存在するトラックのところまで、光ヘッド装置１０３を粗動する。
【０１６４】
光ヘッド装置１０３は、光ディスク９との位置関係に対応して、フォーカスエラー（焦点誤差）信号又はトラッキングエラー信号を電気回路１０２へ送る。電気回路１０２は、フォーカスエラー信号又はトラッキングエラー信号に対応して、光ヘッド装置１０３へ、対物レンズを微動させるための対物レンズ駆動信号を送る。光ヘッド装置１０３は、対物レンズ駆動信号に基づいて、光ディスク９に対してフォーカス制御又はトラッキング制御を行い、光ディスク９から情報を読み出したり、光ディスク９に情報を書き込んだり（記録したり）、光ディスク９から情報を消去したりする。
【０１６５】
本実施の形態７の光情報装置１００は、実施の形態６で上述した光ヘッド装置１０３を備える。したがって、単一の少ない部品点数によって構成された、小型、安価及び軽量の光ヘッド装置によって、記録密度の異なる複数の光ディスクに対応することができるという効果を有する。
【０１６６】
（実施の形態８）
実施の形態８は、実施の形態７に記した光情報装置１００を具備したコンピュータの実施の形態を示す。
【０１６７】
上述の実施の形態７の光情報装置を具備した、あるいは、上述の記録又は再生方法を採用したコンピュータは、異なる種類の光ディスクに情報を安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できるという効果を有する。
【０１６８】
図２２は、本発明の実施の形態８におけるコンピュータの概略構成を示す図である。図２２において、コンピュータ１１０は、実施の形態７の光情報装置１００と、キーボード、マウス又はタッチパネルなどの情報を入力するための入力装置１１２と、入力装置１１２から入力された情報又は光情報装置１００から読み出した情報などに基づいて演算を行う中央演算装置（ＣＰＵ）などの演算装置１１１と、演算装置１１１によって演算された結果などの情報を表示するためのＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）モニタ又は液晶表示装置などの表示装置、又は情報を印刷するためのプリンタなどの出力装置１１３とを備える。演算装置１１１は、光情報装置１００に記録する情報及び／又は光情報装置１００から再生された情報を処理する。
【０１６９】
なお、本実施の形態８において、コンピュータ１１０が情報処理装置の一例に相当し、演算装置１１１が情報処理部の一例に相当する。
【０１７０】
（実施の形態９）
実施の形態９は、実施の形態７に記した光情報装置を具備した光ディスクプレーヤの実施の形態を示す。
【０１７１】
上述の実施の形態７の光情報装置を具備した、あるいは、上述の記録又は再生方法を採用した光ディスクプレーヤは、異なる種類の光ディスクに情報を安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できるという効果を有する。
【０１７２】
図２３は、本発明の実施の形態９における光ディスクプレーヤの概略構成を示す図である。図２３において、光ディスクプレーヤ１２０は、実施の形態７の光情報装置１００と、光情報装置１００から得られる情報信号を画像情報に変換するデコーダ１２１とを備える。デコーダ１２１は、光情報装置１００に記録する情報及び／又は光情報装置１００から再生された情報を処理する。また、本構成の光ディスクプレーヤ１２０は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）と組み合わせるなどしてカーナビゲーションシステムとしても利用できる。また、光ディスクプレーヤ１２０は、液晶表示装置などの情報を表示するための表示装置１２２を加えた形態も可能である。
【０１７３】
なお、本実施の形態９において、光ディスクプレーヤ１２０が情報処理装置の一例に相当し、デコーダ１２１が情報処理部の一例に相当する。
【０１７４】
（実施の形態１０）
実施の形態１０は、実施の形態７に記した光情報装置を具備した光ディスクレコーダの実施の形態を示す。
【０１７５】
上述の実施の形態７の光情報装置を具備した、あるいは、上述の記録又は再生方法を採用した光ディスクレコーダは、異なる種類の光ディスクに情報を安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できるという効果を有する。
【０１７６】
図２４を用いて実施の形態１０の光ディスクレコーダについて説明する。図２４は、本発明の実施の形態１０における光ディスクレコーダの概略構成を示す図である。図２４において、光ディスクレコーダ１３０は、実施の形態７の光情報装置１００と、画像情報を、光情報装置１００によって光ディスクへ記録する情報信号に変換するエンコーダ１３２とを備える。エンコーダ１３２は、光情報装置１００に記録する情報及び／又は光情報装置１００から再生された情報を処理する。
【０１７７】
望ましくは、光ディスクレコーダ１３０は、光情報装置１００から得られる情報信号を画像情報に変換するデコーダ１２１を備えることにより、光ディスクに既に記録した情報を再生することも可能となる。また、光ディスクレコーダ１３０は、情報を表示するためのＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）又は液晶表示装置などの表示装置、又は情報を印刷するためのプリンタなどの出力装置１１３を備えてもよい。
【０１７８】
なお、本実施の形態１０において、光ディスクレコーダ１３０が情報処理装置の一例に相当し、エンコーダ１３２が情報処理部の一例に相当する。
【０１７９】
（実施の形態１１）
実施の形態１１は、実施の形態７に記した光情報装置を具備した光ディスクサーバの実施の形態を示す。
【０１８０】
図２５を用いて実施の形態１１の光ディスクサーバについて説明する。図２５は、本発明の実施の形態１１における光ディスクサーバの概略構成を示す図である。図２５において、光ディスクサーバ１４０は、実施の形態７の光情報装置１００と、光情報装置１００によって記録又は再生される情報の入出力を外部と行う入出力部１４１とを備える。
【０１８１】
光情報装置１００は、実施の形態７に記した光情報装置である。また、入出力部１４１は、光情報装置１００に記録する情報を外部から取り込み、光情報装置１００から読み出した情報を外部に出力する。入出力部１４１は、光情報装置１００に記録する情報及び／又は光情報装置１００から再生された情報を処理する。入出力部１４１は、有線又は無線によりネットワーク１４２に接続されている。入出力部１４１は、ネットワーク１４２を介して、例えば、コンピュータ、電話機又はテレビチューナーなどの複数の機器と情報を送受信する。これにより、光ディスクサーバ１４０は、これら複数の機器によって共有される情報サーバとして利用することが可能となる。
【０１８２】
光ディスクサーバ１４０は、異なる種類の光ディスクに情報を安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できる効果を有する。なお、光ディスクサーバ１４０は、情報を表示するためのＰＤＰ又は液晶表示装置などの表示装置、又は情報を印刷するためのプリンタなどの出力装置１１３を備えてもよい。また、光ディスクサーバ１４０は、キーボード、マウス又はタッチパネルなどの情報を入力するための入力装置１１２を備えてもよい。
【０１８３】
さらに、光ディスクサーバ１４０は、複数の光ディスクを光情報装置１００に出し入れするチェンジャー１４３を備えてもよい。これにより、多くの情報を記録及び蓄積することができる。
【０１８４】
なお、本実施の形態１１において、光ディスクサーバ１４０が情報処理装置の一例に相当し、入出力部１４１が情報処理部の一例に相当する。
【０１８５】
なお、上述の実施の形態８〜１１において図２２〜図２５には出力装置１１３及び表示装置１２２を示しているが、コンピュータ１１０、光ディスクプレーヤ１２０、光ディスクレコーダ１３０及び光ディスクサーバ１４０は、それぞれ出力端子を備えて、出力装置１１３又は表示装置１２２を備えない商品形態があり得ることはいうまでもない。また、図２３及び図２４には入力装置は図示していないが、光ディスクプレーヤ１２０及び光ディスクレコーダ１３０は、キーボード、タッチパネル、マウス又はリモートコントロール装置などの情報を入力するための入力装置を備えてもよい。逆に、上述の実施の形態８〜１１において、コンピュータ１１０、光ディスクプレーヤ１２０、光ディスクレコーダ１３０及び光ディスクサーバ１４０は、入力装置を備えず、入力端子のみを備える形態も可能である。
【０１８６】
（実施の形態１２）
実施の形態１２は、実施の形態７に記した光情報装置を具備した車両の実施の形態を示す。
【０１８７】
図２６を用いて実施の形態１２の車両について説明する。図２６は、本発明の実施の形態１２における車両の概略構成を示す図である。図２６において、車両１５０は、光情報装置１００、車体１５１、動力発生部１５２、燃料貯蔵部１５３、電源１５４、車輪１５５、ハンドル１５６、チェンジャー１５７、光ディスク収納部１５８、演算装置１５９、半導体メモリ１６０、表示装置１６１、アンプ１６２、スピーカ１６３、位置センサ１６４及び無線通信部１６５を備える。
【０１８８】
光情報装置１００は、実施の形態７に記した光情報装置である。車体１５１は、光情報装置１００を搭載する。動力発生部１５２は、車体１５１を動かすための動力を発生する。また、燃料貯蔵部１５３は、動力発生部１５２へ供給する燃料を貯蔵する。電源１５４は、車体１５１内の各部に電力を供給する。このように、車体１５１に本実施の形態７の光情報装置１００を搭載することにより、移動体の中に居ながらにして、様々な種類の光ディスクに情報を安定に記録又は再生できる。また、車両１５０が電車又は車である場合は、車両１５０は、走行のために車輪１５５をさらに備える。また、車両１５０が車であれば、車両１５０は、方向を変えるためのハンドル１５６を備える。
【０１８９】
さらに、車両１５０はチェンジャー１５７及び光ディスク収納部１５８を備えることにより、手軽に多数の光ディスクを利用可能にすることができる。また、車両１５０は、光ディスクから得られる情報を加工して画像にする演算装置１５９、情報を一時的に蓄える半導体メモリ１６０及び情報を表示するための表示装置１６１を備えることにより、光ディスクから映像情報を再生することができる。演算装置１５９は、光情報装置１００に記録する情報及び／又は光情報装置１００から再生された情報を処理する。また、車両１５０は、アンプ１６２とスピーカ１６３とを備えることにより、光ディスクから音声又は音楽を再生することができる。
【０１９０】
そして、車両１５０は、ＧＰＳなどの位置センサ１６４を備えることにより、光ディスクから再生した地図情報と併せて、現在位置又は進行方向を表示装置１６１に表示することができるとともに、現在位置又は進行方向を音声としてスピーカ１６３から出力することができる。さらに、車両１５０は、無線通信部１６５を備えることにより、無線通信部１６５を介して外部から情報が取得され、外部から取得した情報と光ディスクから再生した情報とを相補的に利用することができる。
【０１９１】
なお、本実施の形態１２において、車両１５０が情報処理装置の一例に相当し、演算装置１５９が情報処理部の一例に相当する。
【０１９２】
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
【０１９３】
本発明の一局面に係る複合対物レンズは、回折構造を有する光学素子と、屈折型レンズとを備え、前記回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた第１の境界帯とを含み、前記第１の領域と前記第２の領域とには、鋸歯状又は階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第１の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長のＮ倍の光路長差を与え、前記第２の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、前記所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長のＪ倍の光路長差を与え、前記第１の境界帯の両端の高低差及び前記第１の境界帯の幅の少なくとも一方は、前記所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長の（Ｎ＋Ｊ）／２倍（ＮとＪとは互いに異なる自然数）の光路長差を与える。
【０１９４】
この構成によれば、複合対物レンズは、回折構造を有する光学素子と、屈折型レンズとを備える。回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間に設けられた第１の境界帯とを含む。第１の領域と第２の領域とには、鋸歯状又は階段状の断面を有する回折構造が形成される。第１の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて所定の波長のＮ倍の光路長差を与える。また、第２の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて所定の波長のＪ倍の光路長差を与える。さらに、第１の境界帯の両端の高低差及び第１の境界帯の幅の少なくとも一方は、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて所定の波長の（Ｎ＋Ｊ）／２倍（ＮとＪとは互いに異なる自然数）の光路長差を与える。なお、Ｎ倍の光路長差、Ｊ倍の光路長差及び（Ｎ＋Ｊ）／２倍の光路長差は、それぞれ１割程度の変動を含む。
【０１９５】
したがって、第１の領域と第２の領域との間に設けられた第１の境界帯の両端の高低差及び第１の境界帯の幅の少なくとも一方によって、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて所定の波長の（Ｎ＋Ｊ）／２倍（ＮとＪとは互いに異なる自然数）の光路長差が与えられるので、光源波長が設計値からずれている場合であっても、位相ずれを回避することができ、収差の発生を抑制することができる。
【０１９６】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記所定の波長の光は、波長λ１の青色光であり、前記第１の領域は、前記第２の領域の外周側に形成され、前記第２の領域に形成した鋸歯状の断面の高さは、前記波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１の２倍の光路長差を与え、前記第１の領域に形成した鋸歯状の断面の高さは、前記波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１のＮ倍（Ｎは２以外の自然数）の光路長差を与え、前記第１の境界帯の両端の高低差及び前記第１の境界帯の幅の少なくとも一方は、前記波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１の（Ｎ＋２）／２倍の光路長差を与え、前記第１の領域は、波長λ２の赤色光に対して１次回折光を最も強く発生し、前記波長λ１の青色光に対して２次回折光を最も強く発生し、前記第２の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第１の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、前記第２の領域から発生する赤色光の１次回折光は、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束することが好ましい。
【０１９７】
この構成によれば、第１の領域は、第２の領域の外周側に形成される。第２の領域に形成した鋸歯状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１の２倍の光路長差を与える。また、第１の領域に形成した鋸歯状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１のＮ倍（Ｎは２以外の自然数）の光路長差を与える。さらに、第１の境界帯の両端の高低差及び第１の境界帯の幅の少なくとも一方は、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１の（Ｎ＋２）／２倍の光路長差を与える。そして、第１の領域は、波長λ２の赤色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ１の青色光に対して２次回折光を最も強く発生する。第２の領域から発生する青色光の２次回折光と、第１の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。第２の領域から発生する赤色光の１次回折光は、厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。なお、２倍の光路長差、Ｎ倍の光路長差及び（Ｎ＋２）／２倍の光路長差は、それぞれ１割程度の変動を含む。
【０１９８】
したがって、第２の領域から発生する青色光の２次回折光と、第１の領域から発生する青色光のＮ次回折光とを、厚さｔ１の透明基材を通して情報記録面に収束させることができ、第２の領域から発生する赤色光の１次回折光を、厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して情報記録面に収束させることができる。
【０１９９】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記回折構造は、前記第２の領域の内側に形成された第３の領域と、前記第２の領域と第３の領域との間に設けられた第２の境界帯とをさらに含み、前記第３の領域には、（Ｎ２−１）段Ｎ２レベル（Ｎ２は正の偶数）の階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第２の領域には、（Ｍ２−１）段Ｍ２レベル（Ｍ２は、Ｎ２とは異なる正の偶数であり、かつＮ２より小さい）の階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第２の境界帯には、前記第３の領域と前記第２の領域との平均レベルを一致させるとともに、（Ｎ２＋Ｍ２）／２レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成されることが好ましい。
【０２００】
この構成によれば、回折構造は、第２の領域の内側に形成された第３の領域と、第２の領域と第３の領域との間に設けられた第２の境界帯とをさらに含む。そして、第３の領域には、（Ｎ２−１）段Ｎ２レベル（Ｎ２は正の偶数）の階段状の断面を有する回折構造が形成される。第２の領域には、（Ｍ２−１）段Ｍ２レベル（Ｍ２は、Ｎ２とは異なる正の偶数であり、かつＮ２より小さい）の階段状の断面を有する回折構造が形成される。第２の境界帯には、第３の領域と第２の領域との平均レベルを一致させるとともに、（Ｎ２＋Ｍ２）／２レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成される。
【０２０１】
したがって、第３の領域と第２の領域との間に設けられた第２の境界帯によって、第３の領域と第２の領域との位相を合わせることができる。
【０２０２】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記第３の領域には、７段８レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第２の領域には、３段４レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第３の領域及び前記第２の領域のそれぞれの階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与え、前記第３の領域に形成する前記７段８レベルの階段状の断面の８レベルを、低い方から高い方へ順にレベル０，１，２，３，４，５，６，７と定義したとき、前記第２の領域に形成する前記３段４レベルの階段状の断面形状の４レベルは、前記第３の領域の前記レベル２，３，４，５と同じ高さに設定され、前記第３の領域は、波長λ１の青色光に対して２次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生し、前記第２の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生し、前記第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、前記第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、前記第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束し、前記第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、前記厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束することが好ましい。
【０２０３】
この構成によれば、第３の領域には、７段８レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成される。第２の領域には、３段４レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成される。そして、第３の領域及び第２の領域のそれぞれの階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与える。第３の領域に形成する前記７段８レベルの階段状の断面の８レベルを、低い方から高い方へ順にレベル０，１，２，３，４，５，６，７と定義したとき、第２の領域に形成する３段４レベルの階段状の断面形状の４レベルは、第３の領域のレベル２，３，４，５と同じ高さに設定される。第３の領域は、波長λ１の青色光に対して２次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生する。第２の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生する。第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、第２の領域から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束する。なお、１．２５波長の光路長差及び０．７５波長の光路長差は、それぞれ１割程度の変動を含む。
【０２０４】
したがって、第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、第２の領域から発生する青色光の１次回折光とを、厚さｔ１の透明基材を通して情報記録面に収束させることができ、第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とを、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して情報記録面に収束させることができ、第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光を、厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して情報記録面に収束させることができる。
【０２０５】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記第２の境界帯には、前記第３の領域の前記レベル０，１，２，３，４，５と同じレベルの階段状の断面を有する回折構造が形成されることが好ましい。
【０２０６】
この構成によれば、第２の境界帯には、第３の領域のレベル０，１，２，３，４，５と同じレベルの階段状の断面を有する回折構造が形成されるので、第３の領域と第２の領域との位相を合わせることができる。
【０２０７】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記第１の領域には、鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第１の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与え、前記第１の領域に形成した鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与え、前記第１の境界帯には、前記第２の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、前記第２の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから前記第１の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成され、前記第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光の１次回折光と、前記第１の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、前記第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、前記第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束し、前記第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、前記厚さｔ２よりも大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束することが好ましい。
【０２０８】
この構成によれば、第１の領域には、鋸歯状の断面、又は鋸歯状の断面に近似する階段状の断面を有する回折構造が形成される。第１の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与える。第１の領域に形成した鋸歯状の断面、又は鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与える。第１の境界帯には、第２の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、第２の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから第１の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成される。第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、第２の領域から発生する青色光の１次回折光と、第１の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、厚さｔ２よりも大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束する。なお、Ｎ倍の光路長差は、１割程度の変動を含む。
【０２０９】
したがって、第１の領域は、青色光を第２の領域と共に大きな開口数で収束するように回折するとともに、第２の領域とは異なる方向に赤色光を回折し、第１の領域に入射した赤色光は実質的に収束されないので、青色光よりも小さな開口数で赤色光を収束できる。
【０２１０】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記赤色光の焦点距離は、前記青色光の焦点距離よりも長く、かつ、前記赤外光の焦点距離は、前記赤色光の焦点距離よりも長いことが好ましい。
【０２１１】
この構成によれば、赤色光の焦点距離は、青色光の焦点距離よりも長く、かつ、赤外光の焦点距離は、赤色光の焦点距離よりも長いので、赤色光又は赤外光の焦点位置を複合対物レンズからより遠くへ移動させることができ、光ディスクの厚い透明基材を通して焦点を結ぶことができる。
【０２１２】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記赤色光及び前記赤外光は、前記回折構造によって凹レンズ作用を受けることが好ましい。
【０２１３】
この構成によれば、赤色光及び赤外光は、回折構造によって凹レンズ作用を受けるので、赤色光及び赤外光の焦点距離を長くすることができる。
【０２１４】
本発明の他の局面に係る複合対物レンズは、回折構造を有する光学素子と、屈折型レンズとを備え、前記回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた第１の境界帯とを含み、前記第１の領域には、階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第１の領域の階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与え、前記第２の領域には、鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面を近似する階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第２の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与え、前記第２の領域に形成した鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与え、前記第１の境界帯には、前記第１の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、前記第１の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから前記第２の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成され、前記第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生し、前記第２の領域は、波長λ１の青色光に対してＮ次回折光を最も強く発生し、前記第１の領域から発生する青色光の１次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、前記第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光は、前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。
【０２１５】
この構成によれば、複合対物レンズは、回折構造を有する光学素子と、屈折型レンズとを備える。回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間に設けられた第１の境界帯とを含む。第１の領域には、階段状の断面を有する回折構造が形成されている。第１の領域の階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与える。第２の領域には、鋸歯状の断面、又は鋸歯状の断面を近似する階段状の断面を有する回折構造が形成されている。第２の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与える。第２の領域に形成した鋸歯状の断面、又は鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与える。第１の境界帯には、第１の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、第１の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから第２の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成されている。第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生する。第２の領域は、波長λ１の青色光に対してＮ次回折光を最も強く発生する。第１の領域から発生する青色光の１次回折光と、第２の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光は、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。なお、１．２５波長の光路長差、０．７５波長の光路長差及びＮ倍の光路長差は、それぞれ１割程度の変動を含む。
【０２１６】
したがって、階段形状の断面を有する第１の領域の一端では、第１の領域は第１の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さ、すなわち平均レベルと同じ位相に近似され、第２の領域の位相と整合させることができるので、光源波長が設計値からずれている場合であっても、位相ずれを回避することができ、収差の発生を抑制することができる。
【０２１７】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記Ｎ＝３であり、前記第１の境界帯には、前記第１の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、前記第１の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから前記第２の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、３／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対して３／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成され、前記第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生し、前記第２の領域は、波長λ１の青色光に対して３次回折光を最も強く発生し、前記第１の領域から発生する青色光の１次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光の３次回折光とは、前記厚さｔ１の透明基材を通して収束し、前記第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光は、前記厚さｔ２の透明基材を通して収束することが好ましい。
【０２１８】
この構成によれば、第１の境界帯には、第１の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、第１の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから第２の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、３／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対して３／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成される。第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生する。第２の領域は、波長λ１の青色光に対して３次回折光を最も強く発生する。第１の領域から発生する青色光の１次回折光と、第２の領域から発生する青色光の３次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光は、厚さｔ２の透明基材を通して収束する。
【０２１９】
したがって、第１の領域は、青色光を第２の領域と共に大きな開口数で収束するように回折するとともに、第２の領域とは異なる方向に赤色光を回折し、第１の領域に入射した赤色光は実質的に収束されないので、青色光よりも小さな開口数で赤色光を収束できる。
【０２２０】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記回折構造は、前記第１の領域の内側に形成された第３の領域と、前記第１の領域と前記第３の領域との間に設けられた第２の境界帯とをさらに含み、前記第３の領域には、（Ｎ２−１）段Ｎ２レベル（Ｎ２は正の偶数）の階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第１の領域には、（Ｍ２−１）段Ｍ２レベル（Ｍ２は、Ｎ２とは異なる正の偶数であり、かつＮ２より小さい）の階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第２の境界帯には、前記第３の領域と前記第１の領域との平均レベルを一致させるとともに、（Ｎ２＋Ｍ２）／２レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成されることが好ましい。
【０２２１】
この構成によれば、回折構造は、第１の領域の内側に形成された第３の領域と、第１の領域と第３の領域との間に設けられた第２の境界帯とをさらに含む。第３の領域には、（Ｎ２−１）段Ｎ２レベル（Ｎ２は正の偶数）の階段状の断面を有する回折構造が形成される。第１の領域には、（Ｍ２−１）段Ｍ２レベル（Ｍ２は、Ｎ２とは異なる正の偶数であり、かつＮ２より小さい）の階段状の断面を有する回折構造が形成される。第２の境界帯には、第３の領域と第１の領域との平均レベルを一致させるとともに、（Ｎ２＋Ｍ２）／２レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成される。
【０２２２】
したがって、第１の領域と第３の領域との間に設けられた第２の境界帯によって、第３の領域と第１の領域との位相を合わせることができる。
【０２２３】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記第３の領域には、７段８レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第１の領域には、３段４レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第３の領域及び前記第１の領域のそれぞれの階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与え、前記第３の領域に形成する前記７段８レベルの階段状の断面の８レベルを、低い方から高い方へ順にレベル０，１，２，３，４，５，６，７と定義したとき、前記第１の領域に形成する前記３段４レベルの階段状の断面形状の４レベルは、前記第３の領域の前記レベル２，３，４，５と同じ高さに設定され、前記第３の領域は、波長λ１の青色光に対して２次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生し、前記第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生し、前記第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第１の領域から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、前記第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、前記第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束し、前記第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、前記厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束することが好ましい。
【０２２４】
この構成によれば、第３の領域には、７段８レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成される。第１の領域には、３段４レベルの階段状の断面を有する回折構造が形成される。第３の領域及び第１の領域のそれぞれの階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与える。第３の領域に形成する７段８レベルの階段状の断面の８レベルを、低い方から高い方へ順にレベル０，１，２，３，４，５，６，７と定義したとき、第１の領域に形成する３段４レベルの階段状の断面形状の４レベルは、第３の領域のレベル２，３，４，５と同じ高さに設定される。第３の領域は、波長λ１の青色光に対して２次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生する。第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生する。第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、第１の領域から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束する。なお、１．２５波長の光路長差及び０．７５波長の光路長差は、それぞれ１割程度の変動を含む。
【０２２５】
したがって、第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、第１の領域から発生する青色光の１次回折光とを、厚さｔ１の透明基材を通して情報記録面に収束させることができ、第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光とを、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して情報記録面に収束させることができ、第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光を、厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して情報記録面に収束させることができる。
【０２２６】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記第２の境界帯には、前記第３の領域の前記レベル０，１，２，３，４，５と同じレベルの階段状の断面を有する回折構造が形成されることが好ましい。
【０２２７】
この構成によれば、第２の境界帯には、第３の領域のレベル０，１，２，３，４，５と同じレベルの階段状の断面を有する回折構造が形成されるので、第３の領域と第１の領域との位相を合わせることができる。
【０２２８】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記第２の領域には、鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第２の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与え、前記第２の領域に形成した鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与え、前記第１の境界帯には、前記第１の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、前記第１の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから前記第２の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成され、前記第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第１の領域から発生する青色光の１次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、前記第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、前記第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束し、前記第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、前記厚さｔ２よりも大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束することが好ましい。
【０２２９】
この構成によれば、第２の領域には、鋸歯状の断面、又は鋸歯状の断面に近似する階段状の断面を有する回折構造が形成される。第２の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与える。第２の領域に形成した鋸歯状の断面、又は鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与える。第１の境界帯には、第１の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、第１の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから第２の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成される。第３の領域から発生する青色光の２次回折光と、第１の領域から発生する青色光の１次回折光と、第２の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。第３の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、第１の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。第３の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、厚さｔ２よりも大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束する。なお、Ｎ倍の光路長差は、１割程度の変動を含む。
【０２３０】
したがって、第２の領域は、青色光を第１の領域と共に大きな開口数で収束するように回折するとともに、第１の領域とは異なる方向に赤色光を回折し、第２の領域に入射した赤色光は実質的に収束されないので、青色光よりも小さな開口数で赤色光を収束できる。
【０２３１】
本発明の他の局面に係る複合対物レンズは、回折構造を有する光学素子と、屈折型レンズとを備え、前記回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた境界帯とを含み、前記第１の領域と前記第２の領域とにはそれぞれ、１段が１波長以上１．５波長以下の光路長差を与える階段から構成され、最上位レベルと最下位レベルとの間の形状がＮＥ段（ＮＥ＋１）レベル（ＮＥは正の偶数）の階段状の断面を有する第１の回折構造と、１段が１波長以上１．５波長以下の光路長差を与える階段から構成され、最上位レベルと最下位レベルとの間の形状がＮＯ段（ＮＯ＋１）レベル（ＮＯは正の奇数）の階段状の断面を有する第２の回折構造と、鋸歯状の断面を有する第３の回折構造とのうちのいずれかの回折構造が形成され、前記第１の領域と前記第２の領域とには、それぞれ異なる回折構造が形成され、第１の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、第２の回折構造の最上位レベル又は最下位レベルの点を基準点とし、第３の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、前記境界帯では、前記第１の領域の回折構造の基準点と前記第２の領域の回折構造の基準点とを一致させる。
【０２３２】
この構成によれば、複合対物レンズは、回折構造を有する光学素子と、屈折型レンズとを備える。回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間に設けられた境界帯とを含む。第１の領域と第２の領域とにはそれぞれ、１段が１波長以上１．５波長以下の光路長差を与える階段から構成され、最上位レベルと最下位レベルとの間の形状がＮＥ段（ＮＥ＋１）レベル（ＮＥは正の偶数）の階段状の断面を有する第１の回折構造と、１段が１波長以上１．５波長以下の光路長差を与える階段から構成され、最上位レベルと最下位レベルとの間の形状がＮＯ段（ＮＯ＋１）レベル（ＮＯは正の奇数）の階段状の断面を有する第２の回折構造と、鋸歯状の断面を有する第３の回折構造とのうちのいずれかの回折構造が形成される。第１の領域と第２の領域とには、それぞれ異なる回折構造が形成される。第１の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、第２の回折構造の最上位レベル又は最下位レベルの点を基準点とし、第３の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、境界帯では、第１の領域の回折構造の基準点と第２の領域の回折構造の基準点とを一致させる。
【０２３３】
したがって、境界帯において、第１の領域の回折構造の基準点と第２の領域の回折構造の基準点とを一致させるので、第１の領域と第２の領域との位相の連続性を実現でき、光源波長が設計値からずれている場合であっても、位相ずれを回避することができ、収差の発生を抑制することができる。
【０２３４】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記第１の領域には、６段７レベルの階段状の断面を有する前記第１の回折構造が形成され、前記第２の領域には、３段４レベルの階段状の断面を有する前記第２の回折構造が形成され、前記第１の回折構造及び前記第２の回折構造の階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．１４波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７波長の光路長差を与え、前記境界帯は、前記第１の領域の０．５周期分の階段を有し、前記第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生し、前記第２の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生し、前記第１の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、前記第１の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、前記第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束し、前記第１の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、前記厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束することが好ましい。
【０２３５】
この構成によれば、第１の領域には、６段７レベルの階段状の断面を有する第１の回折構造が形成される。第２の領域には、３段４レベルの階段状の断面を有する第２の回折構造が形成される。第１の回折構造及び第２の回折構造の階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．１４波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７波長の光路長差を与える。境界帯は、第１の領域の０．５周期分の階段を有している。第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生する。第２の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生する。第１の領域から発生する青色光の２次回折光と、第２の領域から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。第１の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。第１の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束する。なお、１．１４波長の光路長差及び０．７波長の光路長差は、それぞれ１割程度の変動を含む。
【０２３６】
したがって、青色光、赤色光及び赤外光に対する最も強い回折が、それぞれ異なる次数で発生するので、青色光、赤色光及び赤外光のそれぞれで回折方向が大きく異なり、この差を利用して異なる基材厚を通して収束するように設計可能となる。
【０２３７】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記第１の領域には、６段７レベルの階段状の断面を有する前記第１の回折構造が形成され、前記第２の領域には、３段４レベルの階段状の断面を有する前記第２の回折構造が形成され、前記第１の回折構造及び前記第２の回折構造の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．１４波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７波長の光路長差を与え、前記境界帯は、前記第２の領域の０．５周期分の階段を有し、前記第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生し、前記第２の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生し、前記第１の領域から発生する青色光の２次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、前記第１の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、前記第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束し、前記第１の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、前記厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束することが好ましい。
【０２３８】
この構成によれば、第１の領域には、６段７レベルの階段状の断面を有する第１の回折構造が形成される。第２の領域には、３段４レベルの階段状の断面を有する第２の回折構造が形成される。第１の回折構造及び第２の回折構造の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．１４波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７波長の光路長差を与える。境界帯は、第２の領域の０．５周期分の階段を有している。第１の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−２次回折光を最も強く発生する。第２の領域は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生する。第１の領域から発生する青色光の２次回折光と、第２の領域から発生する青色光の１次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。第１の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。第１の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、厚さｔ２より大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束する。なお、１．１４波長の光路長差及び０．７波長の光路長差は、それぞれ１割程度の変動を含む。
【０２３９】
したがって、青色光、赤色光及び赤外光に対する最も強い回折が、それぞれ異なる次数で発生するので、青色光、赤色光及び赤外光のそれぞれで回折方向が大きく異なり、この差を利用して異なる基材厚を通して収束するように設計可能となる。
【０２４０】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記回折構造は、前記第２の領域の外側に形成された第３の領域を含み、前記第３の領域には、鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第３の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与え、前記第３の領域に形成した鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与え、前記第２の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端には、前記第２の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから前記第３の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成され、前記第１の領域から発生する青色光の１次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光の１次回折光と、前記第３の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、前記第１の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、前記第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、前記厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束し、前記第１の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、前記厚さｔ２よりも大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束することが好ましい。
【０２４１】
この構成によれば、回折構造は、第２の領域の外側に形成された第３の領域を含む。第３の領域には、鋸歯状の断面、又は鋸歯状の断面に近似する階段状の断面を有する回折構造が形成される。第３の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与える。第３の領域に形成した鋸歯状の断面、又は鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与える。第２の領域に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端には、第２の領域の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから第３の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成される。第１の領域から発生する青色光の１次回折光と、第２の領域から発生する青色光の１次回折光と、第３の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束する。第１の領域から発生する赤色光の−２次回折光と、第２の領域から発生する赤色光の−１次回折光とは、厚さｔ１よりも大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。第１の領域から発生する赤外光の−３次回折光は、厚さｔ２よりも大きい厚さｔ３の透明基材を通して収束する。なお、Ｎ倍の光路長差は、１割程度の変動を含む。
【０２４２】
したがって、第３の領域は、青色光を第２の領域と共に大きな開口数で収束するように回折するとともに、第２の領域とは異なる方向に赤色光を回折し、第３の領域に入射した赤色光は実質的に収束されないので、青色光よりも小さな開口数で赤色光を収束できる。
【０２４３】
また、上記の複合対物レンズにおいて、前記青色光は、前記回折構造によって凸レンズ作用を受けることが好ましい。この構成によれば、青色光は、回折構造によって凸レンズ作用を受けるので、軸上色収差を補正することができる。
【０２４４】
本発明の他の局面に係る光ヘッド装置は、波長λ１の青色光を出射する第１の光源と、波長λ２の赤色光を出射する第２の光源と、前記第１の光源から出射された前記青色光を厚さｔ１の透明基材を通して光ディスクの記録面上へ集光するとともに、前記第２の光源から出射された前記赤色光を前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して光ディスクの記録面上へ集光する上記のいずれかに記載の複合対物レンズと、前記光ディスクの記録面上で反射した前記青色光又は前記赤色光を受光し、受光量に応じて電気信号を出力する光検出器とを備える。
【０２４５】
この構成によれば、第１の光源は、波長λ１の青色光を出射する。第２の光源は、波長λ２の赤色光を出射する。上記のいずれかに記載の複合対物レンズは、第１の光源から出射された青色光を厚さｔ１の透明基材を通して光ディスクの記録面上へ集光するとともに、第２の光源から出射された赤色光を厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して光ディスクの記録面上へ集光する。光検出器は、光ディスクの記録面上で反射した青色光又は赤色光を受光し、受光量に応じて電気信号を出力する。したがって、上記の複合対物レンズを光ヘッド装置に適用することができる。
【０２４６】
本発明の他の局面に係る光情報装置は、上記の光ヘッド装置と、光ディスクを回転させるモータと、前記光ヘッド装置から得られる電気信号に基づいて、前記モータ及び前記光ヘッド装置を制御する制御部とを備える。この構成によれば、上記の光ヘッド装置を光情報装置に適用することができる。
【０２４７】
本発明の他の局面に係る情報処理装置は、上記の光情報装置と、前記光情報装置に記録する情報及び／又は前記光情報装置から再生された情報を処理する情報処理部とを備える。この構成によれば、上記の光情報装置を情報処理装置に適用することができる。
【０２４８】
本発明の他の局面に係る光学素子は、回折構造を有する光学素子であって、前記回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた第１の境界帯とを含み、前記第１の領域と前記第２の領域とには、鋸歯状又は階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第１の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長のＮ倍の光路長差を与え、前記第２の領域に形成した鋸歯状又は階段状の断面の高さは、前記所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長のＪ倍の光路長差を与え、前記第１の境界帯の両端の高低差及び前記第１の境界帯の幅の少なくとも一方は、前記所定の波長の光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記所定の波長の（Ｎ＋Ｊ）／２倍（ＮとＪとは互いに異なる自然数）の光路長差を与える。
【０２４９】
本発明の他の局面に係る光学素子は、回折構造を有する光学素子であって、前記回折構造は、第１の領域Ｒ１と、第２の領域と、前記第１の領域Ｒ１と前記第２の領域との間に設けられた第１の境界帯とを含み、前記第１の領域Ｒ１には、階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第１の領域Ｒ１の階段の１段の高さｄａは、波長λ１の青色光に対して１．２５波長の光路長差を与え、波長λ２の赤色光に対して０．７５波長の光路長差を与え、前記第２の領域には、鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面を近似する階段状の断面を有する回折構造が形成され、前記第２の領域の階段の１段の高さｄｓは、波長λ１の青色光に対して０．５波長未満の光路長差を与え、前記第２の領域に形成した鋸歯状の断面、又は前記鋸歯状の断面に近似する階段状の断面の高さは、波長λ１の青色光に対して、空気中を透過する場合に比べて前記波長λ１のＮ倍（Ｎは自然数）の光路長差を与え、前記第１の境界帯には、前記第１の領域Ｒ１に形成した階段状の断面を有する回折構造の一周期の一端における、前記第１の領域Ｒ１の最上位レベルと最下位レベルとの中間の高さから前記第２の領域の鋸歯状の傾斜方向へ、Ｎ／２周期分の幅を有する傾斜、及び波長λ１の青色光に対してＮ／２波長の光路長差を与える高低差を有する傾斜の少なくとも一方が形成され、前記第１の領域Ｒ１は、波長λ１の青色光に対して１次回折光を最も強く発生し、波長λ２の赤色光に対して−１次回折光を最も強く発生し、前記第２の領域は、波長λ１の青色光に対してＮ次回折光を最も強く発生し、前記第１の領域Ｒ１から発生する青色光の１次回折光と、前記第２の領域から発生する青色光のＮ次回折光とは、厚さｔ１の透明基材を通して収束し、前記第１の領域Ｒ１から発生する赤色光の−１次回折光は、前記厚さｔ１より大きい厚さｔ２の透明基材を通して収束する。
【０２５０】
本発明の他の局面に係る光学素子は、回折構造を有する光学素子であって、前記回折構造は、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた境界帯とを含み、前記第１の領域と前記第２の領域とにはそれぞれ、１段が１波長以上１．５波長以下の光路長差を与える階段から構成され、最上位レベルと最下位レベルとの間の形状がＮＥ段（ＮＥ＋１）レベル（ＮＥは正の偶数）の階段状の断面を有する第１の回折構造と、１段が１波長以上１．５波長以下の光路長差を与える階段から構成され、最上位レベルと最下位レベルとの間の形状がＮＯ段（ＮＯ＋１）レベル（ＮＯは正の奇数）の階段状の断面を有する第２の回折構造と、鋸歯状の断面を有する第３の回折構造とのうちのいずれかの回折構造が形成され、前記第１の領域と前記第２の領域とには、それぞれ異なる回折構造が形成され、第１の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、第２の回折構造の最上位レベル又は最下位レベルの点を基準点とし、第３の回折構造の最上位レベルと最下位レベルとの間の中央の点を基準点とし、前記境界帯では、前記第１の領域の回折構造の基準点と前記第２の領域の回折構造の基準点とを一致させる。
【０２５１】
なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【０２５２】
本発明に係る複合対物レンズは、光源波長が設計値からずれている場合であっても、収差の発生を抑制することができ、対物レンズと回折構造とを組み合わせた複合対物レンズに有用である。また、本発明に係る光ヘッド装置は、基材厚、対応波長及び記録密度などがそれぞれ異なる複数種類の光ディスクに対して記録再生が可能であり、さらに、当該光ヘッド装置を用いた光情報装置は、ＣＤ、ＤＶＤ及びＢＤなど多くの規格の光ディスクを扱うことができる。従って、当該光情報装置を用いた情報処理装置は、コンピュータ、光ディスクプレーヤ、光ディスクレコーダ、カーナビゲーションシステム、編集システム、光ディスクサーバ、ＡＶコンポーネント及び車両など、情報を蓄えるあらゆるシステムに応用展開可能である。
【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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