(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の３つの波長の平行光のレーザ光を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３）の開口数で集光した光スポットで再生できる第１、第２、第３の光情報記録媒体に、前記３つの波長のレーザ光をそれぞれ集光して情報を再生する単レンズの対物レンズであって、
それぞれの情報記録媒体の情報記録層を保護する透明媒質の厚さをそれぞれｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）とするとき、前記第１の光情報記録媒体の前記透明媒質と同じ屈折率を有し、前記透明媒質の厚さｔ１と前記透明媒質の厚さｔ２の中間の厚さｔ（ｔ１＜ｔ＜ｔ２）の透明媒質越しに波長λ１のレーザ光を集光できるように３次球面波面収差が最適化された非球面レンズ形状が形成され、
光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数輪帯で前記波長λ１、λ２、λ３のレーザ光のいずれにおいても隣接する領域に対して位相差を与える少なくとも２種類の輪帯構造が付加された最内周の第１のレンズ領域と、
前記第１のレンズ領域の外側に環状に配置され、前記非球面レンズ形状に対し、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数輪帯で前記波長λ１、λ２のレーザ光のいずれにおいても隣接する領域に対して位相差を与えるとともに、波長λ３のレーザ光に対しても位相差を与える少なくとも１種類以上の前記第１のレンズ領域の輪帯構造とは異なる輪帯構造が付加された第２のレンズ領域と、
前記第２のレンズ領域の外側に環状に配置され、厚さｔ１の透明媒質越しに波長λ１のレーザ光を集光できるように波面収差が最適化された非球面レンズ形状を有する第３のレンズ領域と、を有し、
前記第１のレンズ領域においては輪帯構造を付加する前のＲＭＳ波面収差に対し、輪帯構造を付加した後のＲＭＳ波面収差が、前記第１、第２、第３の光情報記録媒体のいずれに対しても低減するとともに、前記第２のレンズ領域では前記第１、第２の光情報記録媒体のいずれに対しても前記ＲＭＳ波面収差が低減するように、前記輪帯構造の位相差がそれぞれ調整され、
前記第１、第２、第３のレンズ領域に入射する波長λ１のレーザ光を前記第１の光情報記録媒体に集光し、前記第１、第２のレンズ領域に入射する波長λ２のレーザ光を前記第２の光情報記録媒体に集光し、前記第１のレンズ領域に入射する波長λ３のレーザ光を前記第３の光情報記録媒体に集光することを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、前記第１のレンズ領域に付加された少なくとも２種類の輪帯構造のうち少なくとも１種類は、前記波長λ１のレーザ光において、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数輪帯で隣接する領域の光路差から前記波長λ１の整数倍を除いた±０．５λ以内の値の実質的な位相差が０．１λ以上であり、
前記第２のレンズ領域に付加された前記第１のレンズ領域の輪帯構造とは異なる少なくとも１種類以上の輪帯構造は、波長λ３のレーザ光に対して光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数輪帯で隣接する領域の光路差から前記波長λ３の整数倍を除いた±０．５λ以内の値の実質的な位相差が０．３λ以上であるように、前記輪帯構造の位相差がそれぞれ調整されていることを特徴とする対物レンズ。
【請求項３】
請求項１に記載の対物レンズであって、前記第１のレンズ領域の少なくとも２種類の輪帯構造がともに同一レンズ面上に合成して形成されるとともに、第２のレンズ領域の少なくとも１種類以上の輪帯構造も同じレンズ面上に形成されていることを特徴とする対物レンズ。
【請求項４】
請求項１に記載の対物レンズであって、波長λ１は４０５±５ｎｍ、波長λ２は６６０±１０ｎｍ、波長λ３は７８５±１０ｎｍ、開口数ＮＡ１は０．８以上、開口数ＮＡ２は０．６以上、開口数ＮＡ３は０．４５以上に対応したレンズであることを特徴とする対物レンズ。
【請求項５】
請求項１に記載の対物レンズであって、前記第１、第２、第３のレンズ領域の境界部に隣接しない輪帯領域の入射瞳面に投影した輪帯幅の最小の幅が１０μｍ以下とならないように、輪帯幅が１０μｍ以下となる輪帯は隣接する輪帯と結合し、結合した輪帯の位相差を加算した位相差を与える輪帯とすることを特徴とする対物レンズ。
【請求項６】
請求項１に記載の対物レンズであって、前記第１のレンズ領域、および第２のレンズ領域のそれぞれ２種類以上の位相構造のうち、いずれも少なくとも１つは隣接する輪帯に対し０．０５λ以上の位相差を与える輪帯構造であることを特徴とする対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報記録媒体からの信号再生を行う光ピックアップ装置に用いられる対物に関し、さらに詳細には、記録密度の異なる複数の情報記録媒体からの信号再生を行う光ピックアップ装置に用いられる互換再生用対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクに代表される光情報記録媒体は、音楽や映像などの民生用としては、ＣＤ（Compact Disc）に始まり、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-ray Disc）と大容量化されてきた。ＣＤは主に音楽用、ＤＶＤは標準画質のビデオ用、ＢＤはハイビジョン動画用として用いられている。
【０００３】
ＤＶＤやＢＤが新たに製品化される際に、常に業界で配慮されて来たのは下位互換性である。ＤＶＤの再生装置ではＣＤを再生できるように、ＢＤの再生装置ではＤＶＤやＣＤを再生できるように、常に過去のコンテンツを新しいシステムにおいて参照できるように媒体構造や装置が工夫されてきた。
【０００４】
ＤＶＤではＣＤとの互換性をとれるように、対物レンズに位相シフトや回折作用などのための輪帯構造が導入された。これによりレーザ光源は赤色と赤外の２つであっても、１つの対物レンズでＤＶＤとＣＤの両方の光ディスクの再生ができるようになっている。
【０００５】
しかし、ＢＤではＢＤ専用レンズとＤＶＤ／ＣＤ互換レンズの２つの対物レンズをレンズアクチュエータに搭載するのがまだ一般的である。これは、輪帯構造では２種類の波長の収差性能を両立することができても、３つの波長ですべて満足することが困難であるからである。
【０００６】
しかし、転送速度の高速化や、ピックアップ装置、ドライブ装置の小型化、低価格化に向けて、ＢＤにおいても単レンズの３波長互換レンズへの要求が高まっている。
【０００７】
このような目的のために、対物レンズに入射する光線の発散度合い、収束度合いを波長によって可変させるとともに回折レンズ素子を組み合わせる構成が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００８】
また、特に特許文献２では、第１光路差付与構造と第２光路差付与構造を導入し、最も短い波長のそれぞれ奇数倍と偶数倍に０．１波長以内の誤差で光路差を付与することが述べられている。また３つの波長についてすべて平行光を入射させるとともに輪帯状回折面を組み合わせる構成が提案されている。（例えば、特許文献３参照）
【０００９】
さらに基本的にＢＤ専用対物レンズと別体として想定された位相補償板において、ＢＤの波長の整数倍の光路差を与える非周期的位相構造を用いて、ＤＶＤとＣＤの収差を低減するとともに、副次的な非周期的位相構造や、非周期的位相構造を輪帯ごとに非球面とすることによりＢＤでの収差を許容範囲内で劣化させて、ＤＶＤとＣＤの収差を低減する方法が提案されている。（例えば、特許文献４参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４０６２７４２号公報
【特許文献２】特許第３９５７００３号公報
【特許文献３】特許第４０９９６６２号公報
【特許文献４】特表２００８−５２４６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および２に開示されている構成では、対物レンズに入射する光線が平行光でないことが問題となる場合がある。光ディスクをドライブ装置に装着する場合に、ディスクを回転させるスピンドルモータの回転中心は、ディスクの情報トラックの曲率中心とは必ずしも一致しない。これは光ディスクのような可換媒体を用いる情報記録装置においては不可避のことであり、これに伴って静止している光ピックアップと回転している光ディスクの情報トラックは相対的に位置ずれを生じる。
【００１２】
光ピックアップでは、この相対的な位置ずれを補償するために、情報トラックと集光スポットの位置ずれをトラッキング誤差信号として検出し、この信号によって対物レンズを搭載したアクチュエータを駆動している。これによって、光スポットは信号再生の間、つねに情報トラックを追随することが可能となり、連続的な情報再生を可能としている。しかしながら、スポットを動かすためにアクチュエータでレンズを動かす際に、レンズに入射している光束が平行光であれば、レンズが動いても波面収差は発生しないが、レンズに入射している光束が収束光や発散光となっていると、レンズ移動に伴って対物レンズの主光線が傾くためにコマ収差が発生する。
【００１３】
特に、ＢＤのようなＮＡの大きいレンズではその影響は深刻である。したがって入射光線は平行光であることが望ましい。なお、特許文献１では、実施例６が、３波長がすべて倍率０で平行光であるが、収差を補正するための回折面はカップリングレンズにある例であり、対物レンズに入射する光束は発散光や収束光にはなっていないものの、球面収差のある波面となっていると考えられる。この場合には、レンズが動くとコマ収差の発生を招き、やはり好ましくない。
【００１４】
また、特許文献２では、２種類の光路差付与構造に最も短い波長の奇数倍と偶数倍の光路差を付与することが述べられているが、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤを再生する単レンズで入射光をすべて平行光とする場合には、我々はそのような条件での解を見つけることができなかった。
【００１５】
また、特許文献３に開示されている構成では、レンズに入射する光束は３波長とも平行光であるが、実施例にはＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの波長とＮＡに該当するものがなく、本願で解決すべき課題に対応した設計例が開示されていない。
【００１６】
また、特許文献４に開示されている構成では、ＢＤ収差を劣化させる副次的段差構造を導入するとは言え、ＢＤ波長の整数倍の光路差を与える階段構造が基本となっているため、位相構造の設計の自由度が少ない。さらに、階段のステップ面をどのような非球面にするのかについても何ら指針がない。このため十分な収差低減効果が得られない懸念がある。また、輪帯構造を非球面とするときの自動設計のための変数の設定の開示がない。
【００１７】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤともに平行光が入射する場合に、その収差を十分に低減する単一のレンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するために、本発明の対物レンズは、波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の３つの波長の平行光のレーザ光を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３）の開口数で集光した光スポットで再生できる第１、第２、第３の光情報記録媒体に、前記３つの波長のレーザ光をそれぞれ集光して情報を再生する単レンズの対物レンズであって、それぞれの情報記録媒体の情報記録層を保護する透明媒質の厚さをそれぞれｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）とするとき、前記第１の光情報記録媒体の前記透明媒質と同じ屈折率を有し、前記透明媒質の厚さｔ１と前記透明媒質の厚さｔ２の中間の厚さｔ（ｔ１＜ｔ＜ｔ２）の透明媒質越しに波長λ１のレーザ光を集光できるように３次球面波面収差が最適化された非球面レンズ形状が形成され、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数輪帯で前記波長λ１、λ２、λ３のレーザ光のいずれにおいても隣接する領域に対して位相差を与える少なくとも２種類の輪帯構造が付加された最内周の第１のレンズ領域と、前記第１のレンズ領域の外側に環状に配置され、前記非球面レンズ形状に対し、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数輪帯で前記波長λ１、λ２のレーザ光のいずれにおいても隣接する領域に対して位相差を与えるとともに、波長λ３のレーザ光に対しても位相差を与える少なくとも１種類以上の前記第１のレンズ領域の輪帯構造とは異なる輪帯構造が付加された第２のレンズ領域と、前記第２のレンズ領域の外側に環状に配置され、厚さｔ１の透明媒質越しに波長λ１のレーザ光を集光できるように波面収差が最適化された非球面レンズ形状を有する第３のレンズ領域と、を有し、前記第１のレンズ領域においては輪帯構造を付加する前のＲＭＳ波面収差に対し、輪帯構造を付加した後のＲＭＳ波面収差が、前記第１、第２、第３の光情報記録媒体のいずれに対しても低減するとともに、前記第２のレンズ領域では前記第１、第２の光情報記録媒体のいずれに対しても前記ＲＭＳ波面収差が低減するように、前記輪帯構造の位相差がそれぞれ調整され、前記第１、第２、第３のレンズ領域に入射する波長λ１のレーザ光を前記第１の光情報記録媒体に集光し、前記第１、第２のレンズ領域に入射する波長λ２のレーザ光を前記第２の光情報記録媒体に集光し、前記第１のレンズ領域に入射する波長λ３のレーザ光を前記第３の光情報記録媒体に集光する。
【００１９】
本発明の対物レンズは、更に、前記第１のレンズ領域に付加された少なくとも２種類の輪帯構造のうち少なくとも１つは、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数輪帯で隣接する領域の光路差から前記波長λ１の整数倍を除いた±０．５λ以内の値の実質的な光路差であるところの位相差が、０．１λ以上であるように、前記輪帯構造の深さがそれぞれ調整されている。
【００２０】
また、本発明の対物レンズは、前記第１のレンズ領域の少なくとも２種類の輪帯構造がともに同一レンズ面上に合成して形成されるとともに、第２のレンズ領域の少なくとも１種類以上の輪帯構造も同じレンズ面上に形成されている。
【００２１】
また、本発明の対物レンズは、波長λ１は４０５±５ｎｍ、波長λ２は６６０±１０ｎｍ、波長λ３は７８５±１０ｎｍ、開口数ＮＡ１は０．８以上、開口数ＮＡ２は０．６以上、開口数ＮＡ３は０．４５以上に対応したレンズである。
【００２２】
また、本発明の対物レンズは、前記第１、第２、第３のレンズ領域の境界部に隣接しない輪帯領域の入射瞳面に投影した輪帯幅の最小の幅が１０μｍ以下とならないように、輪帯幅が１０μｍ以下となる輪帯は隣接する輪帯と結合し、結合した輪帯の位相差を加算した位相差を与える輪帯とする。
【００２３】
また、本発明の対物レンズは、前記第１のレンズ領域、および第２のレンズ領域のそれぞれ２種類以上の位相構造のうち、いずれも少なくとも１つは隣接する輪帯に対し０．０５λ以上の位相差を与える輪帯構造である。
【００２４】
基本的に、波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の３つの波長のレーザ光を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３）の開口数で集光した光スポットで再生できる第１、第２、第３の光情報記録媒体に、前記３つの波長のレーザ光をそれぞれ集光して情報を再生する単レンズの対物レンズであり、それぞれの情報記録媒体の情報記録層を保護する透明媒質の厚さをそれぞれｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）とするとき、前記第１の光情報記録媒体の前記透明媒質と同じ屈折率を有し、厚さｔ（ｔ１＜ｔ＜ｔ２）の透明媒質越しに波長λ１のレーザ光を集光できるように３次球面波面収差が最適化された仮想的な非球面レンズ形状を想定する。
【００２５】
このレンズの光軸を中心とする内周領域に、複数の同心円で区分された複数の輪帯で前記λ１において実質的に０．１λ以上の位相差を与える少なくとも２種類の輪帯構造が付加する。ここで、「実質的に」という文言で意図しているのは、光路差から波長の整数倍を除去した±０．５λ以内の位相差として±０．１λ以上の位相差を与える、ということである。
【００２６】
したがって、実際上、上限と下限は±０．５λである。２種類の輪帯構造は後で説明するように、非球面が対応する透明媒質層の厚さがｔ１でもｔ２でもｔ３でもない、ｔという厚さであるとき、ｔ１、ｔ２、ｔ３の厚さの媒体でそれぞれ発生する収差をともに低減する条件から決まる。３種類でなく、２種類であるのは、ｔもその条件から決まる未知数に含められるからである。
【００２７】
さらに、前記第１のレンズ領域の外側の前記非球面レンズ形状に対し、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数輪帯でλ３に対しては実質的に０．３λ以上の位相差を与える少なくとも１種類以上の前記第１のレンズ領域とは異なる輪帯構造が付加された第２のレンズ領域を設ける。λ３で０．３λ以上とするのは、ＮＡが最も小さい記録媒体の再生において、収差を大きくしてこの領域の光が集光されないようにするためである。
さらに前記第２のレンズ領域の外側に厚さｔ１の透明媒質越しに波長λ１のレーザ光を集光できるように波面収差が最適化された非球面レンズ形状を有する第３のレンズ領域を形成する。
【００２８】
前記第１のレンズ領域においては輪帯構造を付加する前のＲＭＳ波面収差に対し、付加した後のＲＭＳ波面収差が、前記第１、第２、第３の光情報記録媒体いずれに対しても低減するとともに、前記第２のレンズ領域では前記第１、第２の光情報記録媒体のいずれに対しても低減するように、前記輪帯構造の位相差がそれぞれ調整され、前記第１、第２、第３のレンズ領域に入射する波長λ１のレーザ光を前記第１の光情報記録媒体に集光し、前記第１、第２のレンズ領域に入射する波長λ２のレーザ光を前記第２の光情報記録媒体に集光し、前記第１のレンズ領域に入射する波長λ３のレーザ光を前記第３の光情報記録媒体に集光する。ここで実際上、第１の情報記録媒体がＢＤ、第２の情報記録媒体がＤＶＤ、第３の情報記録媒体がＣＤに相当する。
【００２９】
したがって、λ１が４０５ｎｍ、λ２が６６０ｎｍ、λ３が７８５ｎｍ、ｔ１が０．０８７５ｍｍ、ｔ２が０．６ｍｍ、ｔ３が１．２ｍｍに相当する。ＢＤは単層の規格では保護層の厚さが０．１ｍｍであるが、２層の規格では表面から０．１ｍｍの深さに第１の記録層（Ｌ０層）があり、２５μｍの表面側、すなわち表面から０．０７５ｍｍの深さに第２の記録層（Ｌ１層）がある。したがってＢＤ専用の対物レンズとしてはこの中間の厚さ０．０８７５ｍｍの厚さにレンズ形状を最適化するのが一般的である。このため、ｔ１を０．０８７５ｍｍとしている。
【００３０】
また、記第１のレンズ領域の少なくとも２種類の輪帯構造をともに同一レンズ面上に合成して形成するとともに、第２のレンズ領域の少なくとも１種類以上の輪帯構造も同じレンズ面上に形成する。２種類の輪帯構造は例えばレンズの第１面と第２面に分けて形成することも原理的には可能である。しかし製造上、第１面と第２面の製造上の偏心ずれの影響や、光線が傾いてレンズに入射する場合などを考慮すると第１面の輪帯構造と第２面の輪帯構造の相対的な位置ずれが問題となる可能性がある。それを考慮すると２種類の輪帯構造を合成して１面に形成するのが実際上望ましい。
【００３１】
また、入射する波長λ１、λ２、λ３の光がいずれも平行光であるようにすることにより、対物レンズがトラッキング動作により動いてもコマ収差を発生しないようにすることができる。また実質的に第１の情報記録媒体がＢＤ、第２の情報記録媒体がＤＶＤ、第３の情報記録媒体がＣＤに相当することから、λ１を４０５±５ｎｍ、λ２を６６０±１０ｎｍ、λ３を７８５±１０ｎｍ、ＮＡ１を０．８以上、ＮＡ２を０．６以上、ＮＡ３を０．４５以上としている。
【００３２】
また、前記第１、第２、第３のレンズ領域の境界部に隣接しない輪帯領域の入射瞳面に投影した輪帯幅の最小の幅が１０μｍ以下とならないように、輪帯幅が１０μｍ以下となる輪帯は隣接する輪帯と結合し、結合した輪帯の位相差を加算した位相差を与える輪帯とする。第１のレンズ領域の少なくとも２種類の輪帯構造は、それぞれ輪帯の境界位置が相互に独立に決まるため、補償する収差量が大きいと輪帯の幅が製造上問題となるほど小さくなる場合があり得る。
【００３３】
レンズの金型を切削加工で作成する場合、バイト先端の有限の曲率半径が輪帯形状に顕著に表れないようにするためには輪帯幅は１０μｍ以上であることが望ましい。そのため輪帯幅が１０μｍ以下とならないように、幅が狭い輪帯が想定される位置において隣接する輪帯を統合する。これによって理想的な収差補正の条件から補正後収差波面がずれることになるが、その波面のＲＭＳ波面収差が許容値となるかどうかによって性能を評価することができる。
【００３４】
また、前記第１のレンズ領域、および第２のレンズ領域のそれぞれ２種類以上の位相構造のうち、いずれも少なくとも１つは隣接する輪帯に対し０．０５λ以上の位相差を与えるようにすると、第１のレンズ領域の２種類以上の輪帯構造の１つを各輪帯が隣接する輪帯に対して比較的小さい位相差に設定させたとしても、トータルとして必要な収差補正量を達成することができ、第２のレンズ領域の収差補正量もトータルとして必要な収差補正量を達成することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤのいずれの光ディスクを再生する場合にも平行光を入射して信号再生ができる単レンズの対物レンズが実現でき、トラッキング動作に伴ってレンズがレーザ光軸から偏心してもコマ収差が発生しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は発明の基本的な概念を説明する図である。
【図２】図２は図１のレンズに光束が入射している状態の模式図である。
【図３】図３は段差部における光路差を説明する図である。
【図４】図４は補正されるべき波面収差とそれから決まる輪帯構造および補正後波面収差の関係を示す模式図である。
【図５】図５は段差深さに対する各波長での位相差の計算結果である。
【図６】図６は３波長共用領域の輪帯構造がＢＤにおいて補償すべき波面収差の計算結果を示す図である。
【図７】図７は３波長共用領域の輪帯構造がＤＶＤにおいて補償すべき波面収差の計算結果を示す図である。
【図８】図８は３波長共用領域の輪帯構造がＣＤにおいて補償すべき波面収差の計算結果を示す図である。
【図９】図９はＢＤ／ＤＶＤ共用領域の輪帯構造がＢＤにおいて補償すべき波面収差を示す図である。
【図１０】図１０はＢＤ／ＤＶＤ共用領域の輪帯構造がＤＶＤにおいて補償すべき波面収差を示す図である。
【図１１】図１１はＢＤ／ＤＶＤ共用領域の輪帯構造がＣＤにおいて補償すべき波面収差を示す図である。
【図１２】図１２は３波長共用領域の輪帯構造によりＢＤにおいて収差補正が行われた結果の波面収差の計算結果を示す図である。
【図１３】図１３は３波長共用領域の輪帯構造によりＤＶＤにおいて収差補正が行われた結果の波面収差の計算結果を示す図である。
【図１４】図１４は３波長共用領域の輪帯構造によりＣＤにおいて収差補正が行われた結果の波面収差の計算結果を示す図である。
【図１５】図１５は本発明のレンズによりＢＤを再生する時の光線図である。
【図１６】図１６は本発明のレンズによりＢＤを再生する時の波面収差図である。
【図１７】図１７は本発明のレンズによりＤＶＤを再生する時の光線図である。
【図１８】図１８は本発明のレンズによりＤＶＤを再生する時の波面収差図である。
【図１９】図１９は本発明のレンズによりＣＤを再生する時の光線図である。
【図２０】図２０は本発明のレンズによりＣＤを再生する時の波面収差図である。
【図２１】図２１はＢＤの波面収差の計算結果を示す図である。
【図２２】図２２はＤＶＤの波面収差の計算結果を示す図である。
【図２３】図２３はＣＤの波面収差の計算結果を示す図である。
【図２４】図２４はＢＤ／ＤＶＤ領域のＣＤの波面収差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明を実施する形態について、まず基本的な原理を説明する。
【００３８】
図１は、本発明の基本的な概念を説明する図である。本発明に係る対物レンズ１０１は基本的に、ある１つの材料から構成される単レンズであって、図の左側の光が入射する面（以降第１面と呼ぶ）と図の右側の光が出射する面（以降第２面と呼ぶ）から構成される。
【００３９】
基本的に、平行光を集光するレンズは、平行光を入射する側の面の曲率が大きく（曲率半径が小さく）、収束光を射出する側の面の曲率が小さい（曲率半径が大きい）ことはよく知られている。
【００４０】
第１面と第２面には、光軸１０２を中心とした同心円で区分された３つの領域があり、第１面では、最も内側が第１領域１０３、それに隣接した円環状の領域が第２領域１０４、その外側の最外周の領域が第３領域１０５である。
【００４１】
ここで、この図は、側面図を示しているため、円環を側面から見た形となっており、第２領域、第３領域が光軸１０２に対して対称に上下に分かれているが、光軸に対して平行な視線でみれば円環状につながっていることは言うまでもない。
【００４２】
同様にして、第２面でも第１領域１０６、第２領域１０７、第３領域１０８がある。ここで、第１面と第２面にはそれぞれ段差で区分された輪帯構造があり、それぞれ第１の輪帯構造、第２の輪帯構造と呼ぶことにする。
【００４３】
第２の輪帯構造は、段差によって形づくられる輪帯境界で区分された複数の輪帯を有し、第１の輪帯構造と第２の輪帯構造では、一般に輪帯境界の半径位置も、段差量も、輪帯数も異なっている。段差量は入射する光線に対して、図３に示すような光路差を与える。
【００４４】
図３の図中、太い折れ線ＡＥＧＤが、ある段差の近傍を拡大した断面プロファイルであり、左から図に対して水平な平行光束が入射し、ＡＥＧＤで表わされるレンズ面によって屈折されたとき、段差ＥＧを境として、上側の光束と下側の光束の間に生じる光路差を図中の式で表わしている。
【００４５】
ここで、レンズ面は、段差近傍で曲率による面の曲がりが見えないくらいに拡大されているとし、線分ＡＥとＧＤは平行であり、レンズ面であるこれらの線分は鉛直方向に対する傾き角（接線角）がθであり、同時にレンズ面に対する入射光線の入射角がθであると仮定している。
【００４６】
さらに、段差ＥＧは、光軸および入射光線に平行と仮定する。また式の中で、ｎは、レンズの屈折率を表わしている。このように与えられる光路差を、波長λと整数ｍを用いて、ｍλ＋φ（ただし−λ／２＜φ≦λ／２）と表わしたとき、本明細書中では、φを位相差と定義する。伝播する光波においては、段差による光路差が光のコヒーレンス長よりも十分短い光路差の範囲内であれば、段差を通り過ぎた後の光の挙動はｍではなく、位相差φで左右されるものであることはよく知られている。本発明における収差補正量も、位相差φの量だけ補正されるのである。
【００４７】
さらに、図３より、ある段差によって隣接する輪帯間に生じる光路差および位相差は、段差量と光線に対する面の傾斜角の関数となっていることがわかる。さらに、ある段差による光路差が、波長λ１、λ２、λ３でｍ１λ１＋φ１、ｍ２λ２＋φ２、ｍ３λ３＋φ３で表わされるとき、当然ながらｍ１、ｍ２、ｍ３は相互に異なる可能性が高く、φ１とφ２とφ３も、同様に、さらに高い確率で異なる値となる。これによって、１つの段差は異なる波長で異なる収差補正量を生じることもわかる。
【００４８】
図１の第１および第２の輪帯構造によって加わる光路差および位相差は、面の傾斜角によらず、同一輪帯構造、同一領域内ではほぼ一定となるように形成する。しかし、同一輪帯構造内においても、第１領域の輪帯構造と第２領域の輪帯構造では、光路差および位相差は一般に異なっている。
【００４９】
また、第３領域においては、図１の例では輪帯構造を形成していない。これは、第３領域がＢＤ専用領域であるため、ＢＤ専用レンズ構造とすることができるからである。
【００５０】
しかし、ＤＶＤやＣＤの再生時に第３領域に入射する光線を記録膜面上で十分拡散できるようにするために、必要に応じ、ＢＤで位相差を生じない輪帯構造を付加することもできる。
【００５１】
図２は、図１のレンズに光束が入射している状態の模式図である。図１の第１領域１０３に相当する領域には、波長７８５ｎｍのＣＤ用の入射光束２０３が入射しており、第１面の第１の輪帯構造と第２面の第２の輪帯構造によって収差が補正され、厚さｔ３の透明媒質層２０６を通してそのレンズと反対側の面の表面にある記録膜面に集光している。
【００５２】
第２面の第１領域１０６は、第１面の第１領域１０３に入射した光束２０３が出射するようにその境界半径位置が設定されている。
【００５３】
また、図１の第１領域１０３と第２領域１０４の範囲に相当する領域には、波長６６０ｎｍのＤＶＤ用の入射光束２０２が入射しており、第１面の第１領域１０３の第１の輪帯構造と第２面の第１領域１０６の第２の輪帯構造により、第１領域の収差が補正され、第１面の第２領域１０４の第１の輪帯構造と第２面の第２領域１０７の第２の輪帯構造によって、第２領域の収差が補正され、厚さｔ２の透明媒質層２０５を通してそのレンズと反対側の面の表面にある記録膜面に集光している。
【００５４】
第２面の第２領域１０７の外周側境界近傍からは、第１面の第２領域に入射した光束２０２の外周側境界近傍に入射した光が出射するようにその境界半径位置が設定されている。
【００５５】
また、図１の第１領域１０３と第２領域１０４と第３領域１０５の範囲に相当する領域には、波長４０５ｎｍのＢＤ用の入射光束２０１が入射しており、第１面の第１領域１０３の第１輪帯構造と第２面の第１領域１０６の第２の輪帯構造により、第１領域の収差が補正され、第１面の第２領域１０４の第１の輪帯構造と第２面の第２領域１０７の第２の輪帯構造によって第２領域の収差が補正され、第１面の第３領域に入射した光が第２面の第３領域から出射して、収差なく厚さｔ１の透明媒質層２０４を通してそのレンズと反対側の面の表面にある記録膜面に集光している。
【００５６】
ここで、実際のＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応して、ｔ１はＢＤの２層の中間の表面からの深さ０．０８７５ｍｍ、ｔ２はＤＶＤの基板厚として０．６ｍｍ、ｔ３はＣＤの基板厚１．２ｍｍとしてレンズを形成しておく。
【００５７】
以上の説明においては、簡単のため、第１領域および第２領域において、２つの輪帯構造を第１面と第２面に形成する例を示した。しかし、同一領域内の異なる輪帯構造は、必ずしも２面に分けて形成する必要はない。
【００５８】
なぜなら、２つの輪帯構造はある光束に光路差を２回与えるだけであるため、最終的に２回の光路差をあらかじめ加算した光路差を一度に与えても等価であるためである。
【００５９】
したがって、必要に応じて１つの面に２つの輪帯構造をまとめて付加してもよい。１つの面にまとめることによって、入射光束に対する２つの輪帯構造の位相シフト分布の相対的な位置ずれを抑えることができ、複雑な構造を形成する面の数を２面から１面に減らすことにより、製造コストを抑えることができ、斜めに入射する光線に対する位相シフト分布のずれを抑えることができる、などのメリットを享受することができる。
【００６０】
一方で、１つの面にまとめることによって、輪帯構造が複雑になり、製造上の難易度が上がるなどのデメリットが生じる可能性もある。それらを勘案して、２面に分離するかどうかを判断する必要がある。しかし、本発明においてはＢＤのＮＡが高く、第２面での光束径が小さくなる上、入射角も大きくなって、段差部で生じる損失光が増えることを懸念し、主に第１面に２つの輪帯構造をまとめる方式を検討したので、その実施例を以降で述べる。
【００６１】
次に、２種類の輪帯構造で原理的に３つの波長での収差補正ができることを説明する。図４は、補正されるべき波面収差とそれから決まる輪帯構造および補正後波面収差の関係を示す模式図である。
【００６２】
図４は、円筒座標の３次元グラフになっており、半径はレンズの有効口径内の半径座標、縦軸は、あるディスクを対応する波長で再生するときの波面収差を表わしている。この波面収差を段差に対応したその波長における位相差φの位相段差で補正する場合、縦軸の収差を等しくφの位相間隔でＮ輪帯分を刻み、刻んだ境界に当たる半径位置で輪帯境界を決めることになる。
【００６３】
刻まれた波面収差曲線は、位相シフト量に応じて波面収差値０近傍、すなわち半径座標軸に沿って切り揃えて折り畳まれている。これが、収差補正後の波面収差である。このように、段差の位相差φに輪帯数Ｎを乗じたφ×Ｎの収差補正量が、補償されるべき波面収差のＰｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値にほぼ対応するように輪帯数Ｎを決める。
【００６４】
このような輪帯構造を別の波長で作用させると、それぞれ対応する異なる位相差φに等しい輪帯数Ｎを乗じた収差補償量の相似な波面収差が補正できる。これらを第１輪帯構造と第２輪帯構造の２つの輪帯構造を用いて、それぞれのディスクで発生する収差量と対応させる条件から、以下の連立方程式が導ける。
【数１】
0005466620.tif 000002
【数２】
0005466620.tif 000003
【数３】
0005466620.tif 000004
【００６５】
φの添え字には、それぞれ対応するディスクの名前と、輪帯構造の番号をつけ、輪帯数Ｎは第１輪帯構造と第２輪帯構造の２種類をそれぞれの番号を添え字として表わして、第１輪帯構造の収差補正量と第２輪帯構造の収差補正量の和から、その波長でトータルで補償される補償量として、それぞれ左辺に示している。これらが対応すべき発生する収差量が右辺である。
【００６６】
ｔを、輪帯構造がない状態での対物レンズが無収差で集光できる透明媒質の仮想的な厚さ（以下「対応基板厚」と呼ぶ）とし、その厚さとディスクの実際の透明媒質の厚さとの差に比例して収差が発生すると仮定している。αはその比例係数である。
【００６７】
ここで、ディスク名を添え字としたｎは、その波長におけるレンズの屈折率である。ＢＤとＤＶＤとＣＤを１つのレンズで再生しようとするときに発生する収差は、基本的にレンズが対応できる透明媒質の厚さが実際のディスクの透明媒質の厚さと異なることに起因する３次の球面収差であり、その収差量の半径座標に対する関数形状はまったく相似な形状となっている。
【００６８】
したがって、このように発生する収差をレンズの対応基板厚の関数としてモデル化することが可能となるのである。この３つの方程式をＮ１、Ｎ２、ｔの３つの未知数の連立方程式とすると、第１輪帯構造と第２輪帯構造の段差量に対応する位相差φを与えれば、一意的にその解が求められることを示している。
【００６９】
そこで、いろいろな段差量の組み合わせを探して輪帯構造を決定する。なお、本願明細書において、「基板」は光記録媒体の記録膜を保護する透明媒質層と等価であり、「基板厚」は光記録媒体の記録膜を保護する透明媒質層の厚さと同義であり、「対応基板厚」は実際の光記録媒体の透明媒質層の厚さではなく、レンズが当該厚さの透明媒質越しに軸上球面収差なく集光できる仮想的な厚さのことである。
【００７０】
上記の説明においては、３波長共用領域を説明したが、第２領域のＢＤ／ＤＶＤ領域においてはＣＤに関する収差補正が不要となる。このとき、レンズの対応基板厚ｔは３波長共用領域と一致させる必要がある。
【００７１】
したがって、第１輪帯構造の輪帯数Ｎ１と第２輪帯構造の輪帯数Ｎ２を未知数とした連立方程式を解けばよい。第２領域の対応基板厚を第１領域の対応基板厚と一致させなければならない理由の１つは、ＢＤ再生時とＤＶＤ再生時の両方で第１領域の最良像点位置（ベストフォーカス位置）と第２領域の最良像点位置を一致させる必要があるためである。
【００７２】
ディスクの透明基板の厚さがレンズの対応基板厚と異なると、それに比例した球面収差が発生し、また、それに比例して近軸焦点位置に対する最良像点位置のずれが生じる。したがって、最良像点位置をそろえるには対応基板厚を一致させる必要がある。
【００７３】
もう１つの理由は、ＢＤ再生時とＤＶＤ再生時で、輪帯構造で補正すべき収差形状を相似的にそろえる必要があるからである。第１領域と第２領域で対応基板厚を変えると、それぞれのディスクの再生波面形状が相似形からずれるため、共通の輪帯構造で収差補正を行うと補償後波面が平らでなくうねりが生じる。これは、収差補正効果を弱めることになるからである。
【００７４】
（１）式、（２）式、（３）式に入力する第１輪帯構造と第２輪帯構造の位相差がどのような値であっても、いわゆる連立方程式の行列式が０にならない限りは、基本的に、それを満足する解があることになる。しかし、図４に示した収差補正後の波面収差が位相差φの段差のある鋸歯状の曲線波形になることを考えれば、できるだけ小さい位相シフト値で多くの輪帯を刻むようにした方が最終的なＲＭＳ波面収差が小さくなることが容易に想像できる。
【００７５】
そこで、（１）式、（２）式、（３）式に入力する位相差の概略値を、図５を用いて決める。図５は、段差深さに対する各波長での位相差の計算結果である。
【００７６】
ここで、レンズを構成する媒質の屈折率は図中に示した通りであり、媒質への入射角は０°（垂直入射）の場合である。
【００７７】
各波長でのカーブが鋸歯状となっているのは±λ／２を超える光路差はそこから四捨五入した整数波長を差し引いて±λ／２以内に折り畳まれているためである。このようにそれぞれの波長では同じ段差量がその波長の違いにより異なる位相差に見えていることがわかる。
【００７８】
白抜きの四角のプロット点で「３波長ＲＭＳ」という名称の凡例で示しているカーブは、３つの波長の位相差値の２乗平均平方根値である。すなわち、この値が小さい段差深さの近傍で３波長共用領域の波面収差のＲＭＳ値を探索すればよい。
【００７９】
また、「赤青２波長ＲＭＳ」という名称の凡例で示している白抜きの円形のプロット点は、同様にして、赤色波長と青色波長の位相差値の２乗平均平方根値である。これが小さい段差深さの近傍でＢＤ／ＤＶＤ領域の段差量を探索すればよい。
【００８０】
上記の説明においては、３波長共用領域では第１輪帯構造の輪帯数と、第２輪帯構造の輪帯数と、元の対物レンズの対応基板厚の３つを未知数として、３つの光ディスクで収差を補償する条件から未知数を決めることを説明した。また、そのように決めた３波長共用領域の対応基板厚と同じ対応基板厚を用いて、ＢＤ／ＤＶＤ領域において、第１輪帯構造の輪帯数と、第２輪帯構造の輪帯数の２つを未知数として、３波長共用領域とは異なる段差深さでＢＤとＤＶＤで収差補償する条件から未知数を決めればよいことを説明した。
【００８１】
しかし、同様の類推から他の決め方もあり得る。たとえば、まず、ＢＤ／ＤＶＤ領域において、対応基板厚と１つの輪帯構造の輪帯数を未知数として、ＢＤとＤＶＤで収差補償する条件から未知数を決め、同じ対応基板厚を用いて３波長共用領域において、３種類の輪帯構造の輪帯数を未知数として、３つの光ディスクで収差補償する条件から未知数を決めることもできる。
【００８２】
このように、本発明においては、３波長共用領域では２種類以上、ＢＤ／ＤＶＤ共用領域では１種類以上の輪帯構造を用いればよい。
【００８３】
以下、本発明の実施の形態についてさらに具体的に説明する。
【実施例】
【００８４】
表１に、第１の実施の形態を示す実施例１の輪帯構造を決める基本仕様値を示す。ここで、ＢＤの有効光束径はＢＤ専用領域の外径を示し、ＤＶＤの有効光束径は、ＢＤ／ＤＶＤ共用領域の外径を示し、ＣＤの有効光束径は、３波長共用領域の外径を示す。
【表１】
0005466620.tif 000005
【００８５】
また、表２に示す輪帯構造を用いた時の各波長において作用する位相差についても合わせて示している。いずれの波長、いずれの輪帯構造においても、位相差が作用していることがわかる。
【表２】
0005466620.tif 000006
【００８６】
表２は、第１、第２輪帯構造の段差量を探索して求めた輪帯構造の基本仕様である。輪帯数が整数でないのは、（１）、（２）、（３）式の連立方程式の解として求まる輪帯数であるためであり、補正すべき収差量のＰｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ値を段差によって各波長で決まる位相差で除した商として与えられるためである。
【００８７】
対応基板厚は、３波長共用領域において与えられた段差量から（１）、（２）、（３）式の連立方程式の解として求めた値を、ＢＤ／ＤＶＤ共用領域にもそのまま適用している。この理由は先に述べたとおりである。
【００８８】
対応基板厚は、実際のレンズにおいては特定の波長に対して定義できるものであるが、本実施例においては、３つの波長すべてにおいて同じ対応基板厚を仮定し、波長差によって生じる球面収差成分は、輪帯構造を決めたあと、光学設計ソフトを用いた自動設計によって各輪帯の面形状を決定する時にまとめて補償する。
【００８９】
ここで、与えられた段差から決まる輪帯数を、第１、第２輪帯構造でそのまま忠実に刻むと、必ずしも、第１輪帯構造と第２輪帯構造で輪帯位置が一致しないため、２つの輪帯構造を合成した輪帯構造の輪帯数は、２つの輪帯構造の輪帯数の和となる。
【００９０】
表２の３波長共用領域では、それは１２７輪帯、ＢＤ／ＤＶＤ領域では５２輪帯にもなり、たかだか３ｍｍの有効径ではミクロンオーダーの輪帯幅となってしまう。これは、製造上の難易度が高く、輪帯幅を１０μｍ以上とする目的から、本実施例では、第１輪帯構造と第２輪帯構造を合成したすべての輪帯境界の中から、あらかじめ決めた最小輪帯幅以内に近接している輪帯を合成して１つの輪帯とするようにしている。
【００９１】
このとき、複数の輪帯境界を合成した輪帯境界の位置の決定には、合成する各輪帯境界の両側の位相差を重みとして各輪帯半径位置の加重平均を取って合成輪帯位置を決めると残留収差が少なくなることがわかったので、本実施例ではそのようにしている。
【００９２】
これにより、合成輪帯数は３波長共用領域において４１輪帯、ＢＤ／ＤＶＤ共用領域において１５輪帯となり、ＢＤ専用領域と合わせて５７輪帯となっている。このとき、最小輪帯幅はＢＤ／ＤＶＤ領域の１４μｍであり、この程度の輪帯幅であれば切削加工による金型加工も可能である。
【００９３】
図６、図７、図８は、表１、表２に示した仕様において、３波長共用領域の輪帯構造がＢＤにて補償すべき波面収差、ＤＶＤにて補償すべき波面収差、ＣＤにて補償すべき波面収差の計算結果である。
【００９４】
各グラフの縦軸は波面収差であるが、その符号は光路長が長くなる方向を＋と定義している。同様にして図９、図１０、図１１はＢＤ／ＤＶＤ共用領域の輪帯構造がＢＤにて補償すべき波面収差、ＤＶＤにて補償すべき波面収差、ＣＤにて補償すべき波面収差の計算結果である。
【００９５】
図６〜図１１のいずれも、３波長共用領域とＢＤ／ＤＶＤ領域の両方の範囲内で等しい最適基板厚、等しい焦点位置としており、ＢＤ／ＤＶＤ領域外径範囲内のＮＡで最良像点となる相似な球面収差の関数形状となっている。
【００９６】
図１２、図１３、図１４は、表１、表２の仕様による輪帯構造により図６〜図１１の波面収差を補正した結果である。図１２は３波長共用領域、ＢＤ／ＤＶＤ共用領域、ＢＤ専用領域のＢＤの波面収差補償結果、図１３は３波長共用領域、ＢＤ／ＤＶＤ共用領域のＤＶＤの波面収差補償結果、図１４は３波長共用領域のＣＤの波面収差補償結果である。
【００９７】
これらの結果から得られたＲＭＳ波面収差の計算結果を表３に示す。ＢＤでは０．０２７λｒｍｓ、ＤＶＤでは０．０３７λｒｍｓ、ＣＤでは０．０２９λｒｍｓであった。これらはいわゆるマレシャルの基準０．０７λｒｍｓに比べ十分小さく、対物レンズ以外の要因で発生する収差と複合しても十分下回れる性能が期待できる。ここで、ＣＤの波面収差はＢＤ／ＤＶＤ領域において０．２３９λにも及んでいる。念のため、図２４にＢＤ／ＤＶＤ領域のＣＤの波面収差を示す。横軸が０．７５から１の範囲で表示されているのはＤＶＤの有効範囲の規格化半径でＣＤの有効半径より外側を表示するためである。収差は±０．５λ以内に折り畳まれて表示されており、部分的に収差量の小さい輪帯があるものの、全体としては収差量が大きく、スポット形成にはほとんど寄与しないと考えられる。
【表３】
0005466620.tif 000007
【００９８】
以上の位相構造の設計結果をもとに、光学設計ソフトを用いて、実際のレンズ面形状の設計を行った結果を表４、表５、表６、および図１５から図２０に示す。
【００９９】
【表４】
0005466620.tif 000008
表４は、レンズ面形状の基本的な定数を表にしたものである。第１面が対物レンズの入射面、第２面が出射面、第３面は透明媒質層表面、第４面が焦点面である。
【０１００】
【表５】
0005466620.tif 000009
表５は、第１面の中央に位置する第０輪帯とＢＤ専用領域である第５６輪帯、および第２面の非球面係数である。ここで第１面の各輪帯、および第２面のレンズ面形状は
【数４】
0005466620.tif 000010
で与えられる。
【０１０１】
ただし、ｃは、曲率（曲率半径の逆数）、ｒは、光軸からの半径、ｋは、円錐定数である。Ａ０、Ａ２は、表５の中に示していないが、これらは第０輪帯、第５６輪帯、第２面では０とし、第１輪帯から第５６輪帯で必要に応じて用いる。Ａ０は軸上サグ量、Ａ２は２次の係数である。
【０１０２】
（４）式は、第１項が軸対称なレンズの面形状を記述する一般的な２次曲面の式であり、第２項の級数の半径ｒの４乗に比例する項以降を含めて一般的な非球面式と呼ばれている。そこにＡ０を加えることにより輪帯ごとの段差を記述できるようにしている。
【０１０３】
２次曲面は、文字通り基本的には半径の２乗に比例する成分が支配的な面形状を記述する式であるため、Ａ２の成分を最初から含んでいることになり、非球面式としてはＡ２を必要としない。しかし、本実施例では、幅の狭い輪帯の面形状を記述するのにＡ２の項を用いている。
【０１０４】
段差部を除いた各輪帯の面形状は、基本的には、滑らかな光学面を想定しているため、幅の狭い範囲内では低次の項のみで記述できる。そこで、面係数のパラメタ数を減らすために、本実施例では、ｃとｋで記述する関数と、Ａ２とＡ４で記述する関数の２通りを必要に応じ選択して用いるようにした。表６にそれらの係数を示す。
【表６】
0005466620.tif 000011
【０１０５】
輪帯番号１から４５までは曲率半径と円錐定数、輪帯番号４６から５５まではＡ２とＡ４で表わしている。２通りの関数を用いるのは初期値として用いる通常非球面形状をフィッティングするのに、中心付近では曲率半径と円錐定数を用いた方が精度よくフィッティングでき、傾斜が急峻となる周辺部ではＡ２とＡ４でないとフィッティングができなくなるためである。
【０１０６】
図１５から図２０が、以上の面形状に光を入射した場合の光線図と波面収差である。図１５がＢＤ再生時の光線図、図１６はＢＤ再生時の波面収差図、図１７がＤＶＤ再生時の光線図、図１８はＤＶＤ再生時の波面収差図、図１９はＣＤ再生時の光線図、図２０はＣＤ再生時の波面収差図である。ＲＭＳ波面収差はＢＤで０．０３８４λ、ＤＶＤで０．０４６５λ、ＣＤで０．０３２０λであった。光線図はそれぞれ各波長の有効径範囲内のみを表示しているが、ＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤとも同一のレンズについて表示している。
【０１０７】
次に、３波長共用領域においてＢＤ波長に対する第１輪帯構造と第２輪帯構造の位相差を共に０．１λ以内とする場合に、どの程度、収差性能が低下するかについて以下説明する。
【０１０８】
表７、表８は表１、表２と同様にして求めた輪帯構造の基本仕様値である。ただし、表１、表２と異なり、３波長共用領域の位相差が第１輪帯、第２輪帯ともに±０．１λ以内となるように、段差の深さを調整している。表１では、ＢＤ波長での位相差が第１輪帯構造では−０．１０９λ、第２輪帯構造では０．１５９λであり、ともに０．１λより大きい値となっている。これに対して、表７では、第１輪帯構造が−０．０７λ、第２輪帯構造が０．０９４λと、ともに０．１λより小さい値である。また、表８に示すように、さらにこれに伴い、３波長共用領域、ＢＤ／ＤＶＤ共用領域の対応基板厚が０．１３７ｍｍに薄くなっている。これは、ＢＤ波長の位相差が小さくなったため、ＢＤでの収差補正量が少なくなり、（１）（２）（３）式の連立方程式の解として求まる対応基板厚がＢＤの基板厚０．０８７５ｍｍに近づいたことを意味している。
【０１０９】
このときの波面収差の計算結果を図２１、２２、２３に示す。図２１がＢＤの波面収差、図２２がＤＶＤの波面収差、図２３がＣＤの波面収差である。これらの波面収差から求められるＲＭＳ波面収差の値を表９に示す。表３と比較して、ＢＤのＲＭＳ波面収差は０．０２７λから０．０１６λに低減しているが、ＣＤはほとんど変わらず、ＤＶＤは０．０３７λから０．０５４λに劣化していることがわかる。許容される収差量は光ディスクシステム全体のマージン配分のしかたに依存するため一概には決められないが、０．０５λ未満であることは必要と考えられ、通常、この収差量では許容されない。したがって、第１輪帯構造と第２輪帯構造を、ＢＤ波長において共に０．１λ以内の位相差とすることが許容されないことが明らかとなったことから、少なくとも、どちらか一方では、０．１λ以上であることが必要である。
【表７】
0005466620.tif 000012
【表８】
0005466620.tif 000013
【表９】
0005466620.tif 000014
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の対物レンズは、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤとも平行光を入射して集光する対物レンズであり、トラッキング動作に伴って対物レンズが光軸から偏心しても収差が発生せず、１個のレンズで３つの光記録媒体の再生が可能であるので、光ピックアップの小型軽量化、低価格化に有効である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０１  対物レンズ
１０２  光軸
１０３  第１面の第１領域（３波長共用領域）
１０４  第１面の第２領域（ＢＤ／ＤＶＤ共用領域）
１０５  第１面の第３領域（ＢＤ専用領域）
１０６  第２面の第１領域（３波長共用領域）
１０７  第２面の第２領域（ＢＤ／ＤＶＤ共用領域）
１０８  第２面の第３領域（ＢＤ専用領域）
２０１  ＢＤ用の入射光束
２０２  ＤＶＤ用の入射光束
２０３  ＣＤ用の入射光束
２０４  ＢＤ透明媒質層（厚さｔ１）
２０５  ＤＶＤ透明媒質層（厚さｔ２）
２０６  ＣＤの透明媒質層（厚さｔ３）
【図１】
0005466620.tif 000015
【図２】
0005466620.tif 000016
【図３】
0005466620.tif 000017
【図４】
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【図５】
0005466620.tif 000019
【図６】
0005466620.tif 000020
【図７】
0005466620.tif 000021
【図８】
0005466620.tif 000022
【図９】
0005466620.tif 000023
【図１０】
0005466620.tif 000024
【図１１】
0005466620.tif 000025
【図１２】
0005466620.tif 000026
【図１３】
0005466620.tif 000027
【図１４】
0005466620.tif 000028
【図１５】
0005466620.tif 000029
【図１６】
0005466620.tif 000030
【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】
0005466620.tif 000038