(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の３つの波長のレーザ光を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３）の開口数で集光して情報再生ができる第１、第２、第３の光情報記録媒体から情報再生する単一の対物レンズであって、
前記３つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、それぞれ厚さｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の透明媒質層を通して、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３）の開口数で集光することができ、
光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯で、隣接する領域に対して前記波長によって異なる、領域内で一様な位相差を与える第１、第２、第３の３つの輪帯構造が１つのレンズ面上に重畳された最内周の第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、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、隣接する領域に対して前記波長によって異なる、領域内で一様な位相差を与える、第４の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、前記厚さｔ１の透明媒質越しに波長λ１のレーザ光を平行光で入射して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、第２のレンズ領域においては、前記輪帯構造により付加された位相差を除いたレンズ作用が、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共通のレンズ面であり、
前記第１のレンズ領域の第１、第２、第３の輪帯構造は、これらの輪帯の位相シフト機能を合わせることで、それぞれ前記λ１、λ２、λ３の波長、およびｔ１、ｔ２、ｔ３の厚さの透明媒質のいずれに対しても、波面収差をＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減できるとともに、該輪帯構造による位相シフトを付加する前の波面収差が、ＲＭＳ波面収差値において３次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きく、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値が５λ以上であり、該波面収差がλ１とλ２、λ３とで相互に符号が反転している輪帯構造であり、
前記第２のレンズ領域の第４の輪帯構造は、それぞれ前記λ１とλ２の波長、およびｔ１、ｔ２の厚さの透明媒質のいずれに対しても、波面収差をＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減できるとともに、前記第１のレンズ領域と合わせた領域の輪帯構造による位相シフトを付加する前の波面収差が、ＲＭＳ波面収差値において、３次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きく、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値が１０λ以上であり、該波面収差がλ１とλ２とで符号が反転しており、λ３においては第１のレンズ領域のλ３の焦点位置における収差がＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減されない輪帯構造であり、
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から第４の輪帯で付加される光路差から整数波長分の光路長を除去して±（１／２）波長の光路差とする、整数値の絶対値が２以下であ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において、前記第２のレンズ領域にさらに、λ１とλ２に対して共に略整数倍の光路差を与えるとともに、λ３に対しては整数波長分を除去した実質的な位相差の絶対値が０．３λ以上であるように位相差が調整された第５の輪帯構造が付加された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において、前記第３のレンズ領域にさらに、λ１に対しては略整数倍の光路差を与えるとともに、λ２とλ３に対しては整数波長分を除去した実質的な位相差の絶対値が０．３λ以上であるように位相差が調整された第６の輪帯構造が付加されたことを特徴とする対物レンズ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の対物レンズにおいて、前記第５または第６の輪帯構造が、互いに隣接する輪帯で位相シフトの符号が交互に反転してい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から第４の輪帯構造が前記対物レンズの入射側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７】
請求項３または４に記載の対物レンズであって、前記第５または第６の輪帯構造が、レンズの出射側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８】
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９】
請求項３に記載の対物レンズであって、前記第２のレンズ領域の第５の輪帯構造が第４の輪帯構造と異なる面に付加されていることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１０】
請求項４に記載の対物レンズであって、前記第３のレンズ領域の第６の輪帯構造が第２のレンズ領域の第５の輪帯構造と同じ面に付加されていることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１１】
請求項３に記載の対物レンズであって、前記第２のレンズ領域の第５の輪帯構造が第４の輪帯構造と同じ面に付加させるとともに輪帯位置をそろえて輪帯高さだけをフレア除去の条件の位相差となるように調整したことを特徴とする対物レンズ。
【請求項１２】
波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の３つの波長のレーザ光光源、前記３つの波長のレーザ光を集光する対物レンズ、及び、記録密度の異なる第１、第２、第３の光情報記録媒体を備え、前記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おいて、
前記対物レンズは、前記３つの波長のレーザ光を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３）の開口数で集光して情報再生ができる前記第１、第２、第３の光情報記録媒体から情報再生する単一の対物レンズであって、
前記３つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、それぞれ厚さｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の透明媒質層を通して、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３）の開口数で集光することができ、
光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯で、隣接する領域に対して前記波長によって異なる、領域内で一様な位相差を与える第１、第２、第３の３つの輪帯構造が１つのレンズ面上に重畳された最内周の第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、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、隣接する領域に対して前記波長によって異なる、領域内で一様な位相差を与える、第４の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、前記厚さｔ１の透明媒質越しに波長λ１のレーザ光を平行光で入射して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、第２のレンズ領域においては、前記輪帯構造により付加された位相差を除いたレンズ作用が、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共通のレンズ面であり、
前記第１のレンズ領域の第１、第２、第３の輪帯構造は、これらの輪帯の位相シフト機能を合わせることで、それぞれ前記λ１、λ２、λ３の波長、およびｔ１、ｔ２、ｔ３の厚さの透明媒質のいずれに対しても、波面収差をＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減できるとともに、該輪帯構造による位相シフトを付加する前の波面収差が、ＲＭＳ波面収差値において３次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きく、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値が５λ以上であり、該波面収差がλ１とλ２、λ３とで相互に符号が反転している輪帯構造であり、
前記第２のレンズ領域の第４の輪帯構造は、それぞれ前記λ１とλ２の波長、およびｔ１、ｔ２の厚さの透明媒質のいずれに対しても、波面収差をＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減できるとともに、前記第１のレンズ領域と合わせた領域の輪帯構造による位相シフトを付加する前の波面収差が、ＲＭＳ波面収差値において、３次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きく、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値が１０λ以上であり、該波面収差がλ１とλ２とで符号が反転しており、λ３においては第１のレンズ領域のλ３の焦点位置における収差がＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減されない輪帯構造であり、
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光ピックアップ装置。
【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レンズ及び光ピックアップ装置に関し、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及び光ピックアップ装置に関する。
【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、位相シフトにより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。（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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。また回折作用を用いる複数波長用の互換レンズ素子では、複数の波長で同時に回折効率を１００％にすることができず、利用効率が低下するという問題点がある。
【００１５】
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。また本件特許文献の実施例ではいずれも回折レンズ面を必要としており、やはり複数波長での利用効率の低下が問題となる。
【００１６】
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。また本件特許文献の実施例でもいずれも回折レンズ面を必要としており、やはり複数波長での利用効率の低下が問題となる。
【００１７】
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。
【００１８】
さらにまた位相シフトによって収差を低減するという観点から、本特許文献では補正できる収差量が本質的に小さいという問題点がある。本件特許文献では  段落［００４６］においてＣＤの作動距離を増加させるためにＣＤで５λのデフォーカスを導入することが述べられているが、位相シフトを用いて複数の光記録媒体の収差を同時に補正する場合には、補正される波面収差は相互に相似形状である必要がある。なぜなら、複数の波面収差に対してそれぞれの波長から決まる同一の位相差で刻むことで輪帯位置を決定するため、それぞれの波長の位相シフト量に比例した波面収差のｐｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ量の相似形の収差でないと、補償後の波面収差が平坦にならないためである。
【００１９】
したがって、この記述は、実際にはＣＤの補正波面収差にだけ、ＢＤやＤＶＤとは独立にデフォーカスを付加するという記述ではなく、ＤＶＤの補正波面収差として、デフォーカスのない球面収差のある波面収差（当該特許文献図７）を設定した場合、ＤＶＤより小さくなるＣＤの有効径の範囲ではデフォーカスが発生するという趣旨と理解できる。
【００２０】
当該実施例の図６から、輪帯を付加する前の収差がＢＤでほとんどゼロであることから、レンズとしての対応基板厚さが０．１ｍｍ程度であり、ここから自動的に決まるＣＤ有効径のデフォーカス量が５λであると推定される。しかしながら実質的な作動距離の確保のためにはＢＤに対するＣＤのデフォーカス量は５λではまだ不足であり、３０λ程度は必要であろうと考えられる。
【００２１】
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とともに、回折効率の波長依存性による利用効率低下が見込まれる回折素子を用いることなく、輪帯構造による位相シフトを用いて互換を図るとともに、ＣＤの作動距離を十分に確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記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つの波長のレーザ光を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３）の開口数で集光して情報再生ができる第１、第２、第３の光情報記録媒体から情報再生する単一の対物レンズにおいて、前記３つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、それぞれ厚さｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の透明媒質層を通して、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３）の開口数で集光することができるようにするに当たって、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯で、隣接する領域に対して前記波長によって異なる、領域内で一様な位相差を与える第１、第２、第３の３つの輪帯構造が１つのレンズ面上に重畳された最内周の第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、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、隣接する領域に対して前記波長によって異なる、領域内で一様な位相差を与える、第４の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、前記厚さｔ１の透明媒質越しに波長λ１のレーザ光を平行光で入射して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、を設けて、前記第１、第２のレンズ領域においては、前記輪帯構造により付加された位相差を除いたレンズ作用が、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共通のレンズ面であるようにし、前記第１のレンズ領域の第１、第２、第３の輪帯構造は、これらの輪帯の位相シフト機能を合わせることで、それぞれ前記λ１、λ２、λ３の波長、およびｔ１、ｔ２、ｔ３の厚さの透明媒質のいずれに対しても、波面収差をＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減できるとともに、該輪帯構造による位相シフトを付加する前の波面収差が、ＲＭＳ波面収差値において３次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きく、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値が５λ以上であり、該波面収差がλ１とλ２、λ３とで相互に符号が反転している輪帯構造とし、前記第２のレンズ領域の第４の輪帯構造は、それぞれ前記λ１とλ２の波長、およびｔ１、ｔ２の厚さの透明媒質のいずれに対しても、波面収差をＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減できるとともに、前記第１のレンズ領域と合わせた領域の輪帯構造による位相シフトを付加する前の波面収差が、ＲＭＳ波面収差値において、３次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きく、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値が１０λ以上であり、該波面収差がλ１とλ２とで符号が反転しており、λ３においては第１のレンズ領域のλ３の焦点位置における収差がＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減されない輪帯構造とすることによって、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���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ようにさせる。
【００２３】
また、このような対物レンズにおいて、前記第１から第４の輪帯で付加される光路差から整数波長分の光路長を除去して±（１／２）波長の光路差とする、整数値の絶対値が２以下であるようにさせる。
【００２４】
さらにまたこのような対物レンズにおいて、前記第２のレンズ領域にさらに、λ１とλ２に対して共に略整数倍の光路差を与えるとともに、λ３に対しては整数波長分を除去した実質的な位相差の絶対値が０．３λ以上であるように位相差が調整された第５の輪帯構造が付加する。これによってＢＤ／ＤＶＤ領域において不要なＣＤ光がＣＤの集光スポットを劣化させないように拡散させる。
【００２５】
さらにまた、このような対物レンズにおいて、前記第３のレンズ領域にさらに、λ１に対しては略整数倍の光路差を与えるとともに、λ２とλ３に対しては整数波長分を除去した実質的な位相差の絶対値が０．３λ以上であるように位相差が調整された第６の輪帯構造が付加する。これによってＢＤ専用領域において不要なＤＶＤ光とＣＤ光がそれぞれＤＶＤの集光スポットおよびＣＤの集光スポットを劣化させないように拡散させる。
【００２６】
さらにまた、このような対物レンズにおいて、前記第５または第６の輪帯構造が、互いに隣接する輪帯で位相シフトの符号を交互に反転させる。これによって輪帯付加による当該輪帯の実効的な軸上レンズ厚を最適な画角特性の条件から大きくはずれないようにすることができる。
【００２７】
さらにまた、このような対物レンズにおいて、前記第１から第４の輪帯構造を前記対物レンズの入射側面上に形成する。単レンズの対物レンズの屈折面は入射面と出射面の２面のみであるため、同じ面に形成しない場合は、入射面と出射面に分けて形成することになるが、互換のための収差補正を目的とする第１から第４の輪帯構造はそれぞれ相互に位置のずれがないようにする必要があり、異なる面に形成すると相対的な位置ずれによって収差補正性能が劣化する可能性がある。したがって同じ面に形成するとこのようなずれを軽減することができる。このとき出射側の面に形成すると、屈折光が大きな屈折角で出射する際、輪帯の段差の壁面によって一部の光線が射光されことがあり、入射面に段差を設定することで、段差と入射光線を相互に平行とできるため、光線の遮蔽の影響を軽減することができる。
【００２８】
さらにまた、本発明の対物レンズにおいて、前記第５または第６の輪帯構造を、レンズの出射側面上に形成する。本発明の輪帯構造は互換のための第１から第４の輪帯構造と、フレア光を低減するための第５、第６の輪帯構造があり、第１から第４の輪帯構造は前述のように相互の相対位置精度が必要であるが、互換のための輪帯構造とフレア光低減のための輪帯構造の間は相互にそれほど位置精度を必要としない。したがって精度の問題の上では別々の面に形成することができる。一方、出射面での段差面による光線の遮蔽の影響の問題はあるため、フレア対策輪帯も互換用輪帯とまとめて第１面に形成する方が望ましい。
【００２９】
しかし、フレア対策輪帯が浅い場合は第２面に形成してもあまり問題とならない。また１つの面に形成する輪帯数をあまり多すぎないようにする目的においては第２面にフレア対策輪帯を形成するのは望ましい。さらに互換用輪帯とフレア対策輪帯の機能を分離することによって相互の事象の干渉による開発上の問題解決の困難さが軽減され、開発コストを削減することもできる。
【００３０】
さらにまた、本発明の対物レンズにおいては、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。
【００３１】
位相シフトレンズは回折レンズと異なり、輪帯の周期性は必要なく、輪帯位置を調整して全体の輪帯数を削減し、製造を容易とすることが可能である。このためこのように近接する輪帯を統合することは位相シフトレンズだからこそ可能であり、それにより輪帯幅が狭くなりすぎず、製造を容易とすることができる。輪帯幅の統合にあたっては、位相シフトの総和の値が、統合する２つの輪帯境界のそれぞれの境界の両側で生じる変化量の値で加重平均して輪帯位置を決めると、補正後の波面収差を小さくすることができる。
【００３２】
さらにまた、本発明の対物レンズにおいては、前記第２のレンズ領域の第５の輪帯構造が第４の輪帯構造と異なる面に付加させることもできる。すなわちＢＤ／ＤＶＤ領域の互換のための輪帯と、ＢＤ／ＤＶＤ領域のフレア対策輪帯を別々の面に設定することで、輪帯数を減らすことができ、機能の異なる部品を分けて作成することによって開発上の問題分析が容易となる。
【００３３】
また、本発明の対物レンズにおいては、前記第３のレンズ領域の第６の輪帯構造が第２のレンズ領域の第５の輪帯構造と同じ面に付加することができる。これはＢＤ／ＤＶＤ領域のフレア対策輪帯とＢＤ専用領域のフレア対策輪帯を同じ面に形成することを意味しており、フレア対策を１つの面に形成することによって、互換機能との輪帯機能の切り分けが容易となる。
【００３４】
また、本発明の対物レンズにおいては、前記第２のレンズ領域の第５の輪帯構造が第４の輪帯構造と同じ面に付加させてもよい。同じ面に付加させるとともに輪帯位置をそろえて輪帯高さだけをフレア除去の条件の位相差となるように調整することにより、輪帯を増やさずに互換機能とフレア除去機能が統合された輪帯とすることが可能となる。
【００３５】
また、本発明の光ピックアップ装置は、波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の３つの波長のレーザ光光源、前記３つの波長のレーザ光を集光する対物レンズ、及び、記録密度の異なる第１、第２、第３の光情報記録媒体を備え、前記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であって、前記対物レンズは、前記３つの波長のレーザ光を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３）の開口数で集光して情報再生ができる前記第１、第２、第３の光情報記録媒体から情報再生する単一の対物レンズであって、前記３つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、それぞれ厚さｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の透明媒質層を通して、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３）の開口数で集光することができ、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯で、隣接する領域に対して前記波長によって異なる、領域内で一様な位相差を与える第１、第２、第３の３つの輪帯構造が１つのレンズ面上に重畳された最内周の第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、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、隣接する領域に対して前記波長によって異なる、領域内で一様な位相差を与える、第４の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、前記厚さｔ１の透明媒質越しに波長λ１のレーザ光を平行光で入射して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、第２のレンズ領域においては、前記輪帯構造により付加された位相差を除いたレンズ作用が、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共通のレンズ面であり、前記第１のレンズ領域の第１、第２、第３の輪帯構造は、これらの輪帯の位相シフト機能を合わせることで、それぞれ前記λ１、λ２、λ３の波長、およびｔ１、ｔ２、ｔ３の厚さの透明媒質のいずれに対しても、波面収差をＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減できるとともに、該輪帯構造による位相シフトを付加する前の波面収差が、ＲＭＳ波面収差値において３次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きく、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値が５λ以上であり、該波面収差がλ１とλ２、λ３とで相互に符号が反転している輪帯構造であり、前記第２のレンズ領域の第４の輪帯構造は、それぞれ前記λ１とλ２の波長、およびｔ１、ｔ２の厚さの透明媒質のいずれに対しても、波面収差をＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減できるとともに、前記第１のレンズ領域と合わせた領域の輪帯構造による位相シフトを付加する前の波面収差が、ＲＭＳ波面収差値において、３次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きく、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値が１０λ以上であり、該波面収差がλ１とλ２とで符号が反転しており、λ３においては第１のレンズ領域のλ３の焦点位置における収差がＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値で１λ未満に低減されない輪帯構造であり、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。
【発明の効果】
【００３６】
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。また回折素子による利用効率低下のないレンズが実現できるとともに、補正波面収差波面にデフォーカスを導入することによりＣＤの作動距離を実用的な値で確保できるとともに画角特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本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、段差によって生じ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１つの輪帯構造およびその輪帯構造による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、本発明のレンズにおいて収差補正を行う原理について説明する図である。
【図７】図７は、比較例として、デフォーカスを付加しない輪帯構造で設計した補正収差波面形状である。
【図８】図８は、デフォーカスを付加しない輪帯構造で設計したレンズ形状と波面収差を示す図である。
【図９】図９は、デフォーカスを補正する波面収差に含む位相シフトレンズの考え方を説明する図である。
【図１０】図１０は、デフォーカスを補正する波面収差に含む位相シフトレンズにおいて位相シフトにより補正されるべき波面収差の計算結果を示したものである。
【図１１】図１１は、デフォーカスを補正する波面収差に含む位相シフトレンズにおいて、位相構造設計結果に基づく位相シフトで補正した結果のＢＤ波面収差を示す図である。
【図１２】図１２は、デフォーカスを補正する波面収差に含む位相シフトレンズにおいて、位相構造設計結果に基づく位相シフトで補正した結果のＤＶＤ波面収差を示す図である。
【図１３】図１３は、デフォーカスを補正する波面収差に含む位相シフトレンズにおいて、位相構造設計結果に基づく位相シフトで補正した結果のＣＤ波面収差を示す図である。
【図１４】図１４は、フレア対策輪帯を付加する前の設計結果（設計例１）の設計形状と波面収差の計算結果である。
【図１５】図１５は、比較の基準となる専用レンズのスポット強度分布の計算結果である。
【図１６】図１６は、本発明の第１の実施形態（設計例１）のレンズに、ＤＶＤ、ＣＤとも所定の有効光束径以外の領域を遮光する制限開口が付加されているという仮定のもとでのスポット強度分布の計算結果である。
【図１７】図１７は、本発明の第１の実施形態（設計例１）のレンズに、制限開口を加えずにフレア光の影響が加わった状態で計算したスポット強度分布である。
【図１８】図１８は、第２面のＢＤ専用領域にフレア対策輪帯をつけた本発明の第２の実施形態（設計例２）のレンズ形状と波面収差分布の計算結果である。
【図１９】図１９は、本発明の第２の実施形態（設計例２）の集光スポット強度分布の計算結果である。
【図２０】図２０は、ＢＤ／ＤＶＤ領域にもフレア対策輪帯を追加した本発明の第３の実施形態（設計例３）のレンズ形状と波面収差分布の計算結果である。
【図２１】図２１は、本発明の第３の実施形態（設計例３）の集光スポット強度分布の計算結果である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
基本的に平行光を集光する対物レンズ１０１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。
【００４１】
対物レンズ１０１の第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面の第１領域１０３、それに隣接した円環状の領域が第１面の第２領域１０４、その外側の最外周の領域が第１面の第３領域１０５である。
【００４２】
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１面の第２領域１０４、第１面の第３領域１０５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。
【００４３】
同様にして、第２面でも第２面の第１領域１０６、第２面の第２領域１０７、第２面の第３領域１０８がある。第１面の第１領域１０３と第２面の第１領域１０６、第１面の第２領域１０４と第２面の第２領域１０７、第１面の第３領域１０５と第２面の第３領域１０８は、基本的に同じ光束が透過する領域であると仮定する。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。
【００４４】
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。
【００４５】
図３の図中、太い折れ線ＡＥＧＤが、ある１つの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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
図１の対物レンズ１０１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、同一領域内においても第１の輪帯構造と第２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。
【００５０】
また、第３領域１０５，１０８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１０５，１０８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。
【００５１】
しかし、ＤＶＤやＣＤの再生時に第３領域１０５，１０８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。
【００５２】
図２は、図１の対物レンズ１０１に光束が入射している状態の模式図である。図１の対物レンズ１０１の第１面の第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ＣＤの透明媒質層２０６を通してその対物レンズ１０１と反対側の面の表面にある記録膜面に集光している。
【００５３】
対物レンズ１０１の第２面の第１領域１０６は第１面の第１領域１０３に入射したＣＤ用の入射光束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。
【００５４】
また、図１の対物レンズ１０１の第１面の第１領域１０３と第１面の第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ＤＶＤ透明媒質層２０５を通してその対物レンズ１０１と反対側の面の表面にある記録膜面に集光している。
【００５５】
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ＤＶＤ用の入射光束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。
【００５６】
また、図１の第１面の第１領域１０３と第１面の第２領域１０４と第１面の第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ＢＤ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。
【００５７】
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。
【００５８】
以上の説明においては、簡単のため第１領域１０３，１０６および第２領域１０４，１０７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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。さらにまた２つでなく、３つの輪帯構造を合成することもできる。
【００６１】
以上のような輪帯構造の概念のもとで、本発明のレンズは、第１領域１０３，１０６に第１、第２、第３の３つの輪帯構造が合成され、第２領域１０４，１０７に少なくとも１つの第４輪帯構造、またはもう１つの第５の輪帯構造を有し、第３領域１０５，１０８に輪帯構造がないか、または第５の１つの輪帯構造を有するようなレンズとなる。
【００６２】
次に、第１領域１０３，１０６の３つの輪帯構造と、第２領域１０４，１０７の１つの輪帯構造で原理的にＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの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１つの輪帯構造およびその輪帯構造による補正後波面収差の関係を示す模式図である。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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、第２、第３輪帯構造の３つの輪帯構造を用いることでＢＤとＤＶＤとＣＤでいずれも収差補正を行う第１領域（以下、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ領域、３波長共用領域とも呼ぶ）に適用し、第４輪帯構造の１つの輪帯構造を用いることでＢＤとＤＶＤで共に収差補正が必要でありＣＤで収差補正の不要な第２領域（以下、ＢＤ／ＤＶＤ領域、とも呼ぶ）に適用することで収差補正ができることを、図６を用いて説明する。
【００６６】
まず、ＢＤ／ＤＶＤ領域において、第４輪帯構造による位相シフト量をＢＤでφＢＤ、ＤＶＤでφＤＶＤ、輪帯数をＮ、輪帯を付加する前の非球面レンズが無収差で集光できるディスクの基板厚さ（以下、対応基板厚、または対応基板厚さ、と呼ぶ）をｔ、ディスク基板の屈折率をＢＤ波長でｎＢＤ、ＤＶＤ波長でｎＤＶＤ、ＢＤ波長をλＢＤ、ＤＶＤ波長をλＤＶＤとすると、上側の角の丸い四角で囲まれた２つの式が成り立つ。ここでαは比例係数であり、輪帯構造で補正できる収差量のＰｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ値が、基板厚ずれに比例した収差量に一致することを示している。
【００６７】
ここで、ＢＤは一般に２層ディスクに対応する必要があり、ディスク表面から遠い側の層（Ｌ０層）ではディスク表面からの深さが０．１ｍｍ、ディスク表面に近い側の層（Ｌ１層）はＬ０層から２５μｍを隔てで表面から０．０７５ｍｍの深さに記録膜があり、光学的なディスク基板の厚さは、それらの深さの中間値として０．０８７５ｍｍとして設計するのが一般的である。したがってＢＤの収差量の関係式である上側の第１式では、収差量がレンズの対応基板厚ｔとの差（ｔ−０．０８７５）に比例するのである。
【００６８】
また同様にして、ＤＶＤではディスク基板厚さは一般に０．６ｍｍとして設計されるので、第２式の収差量は（ｔ−０．６）に比例するのである。これら２つの式を、ｔとＮの連立方程式とみれば、第４輪帯構造の段差から決まる位相差に対して、ベースとなる非球面レンズの対応基板厚ｔと、ＢＤ／ＤＶＤ領域の輪帯数Ｎが決まるのである。輪帯数Ｎはあまり大きい値だと、輪帯幅が狭くなって製造が困難となり、あまり小さい値だと、逆に位相差が大きいことを意味し、補正後波面のｐｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ値が大きいことになる。したがって適当な値となるように輪帯構造の段差を探索すればよい。また本発明においては、あとで説明するように補正する波面収差にデフォーカスを含めることになる。
【００６９】
しかし、その波面をＢＤ、ＤＶＤともに１つの第４輪帯構造によって補正するためには２つの波面収差の形状は相似形である必要があり、相似となるようにデフォーカスを加える場合にはそのデフォーカス量は球面収差量に比例した値であることが必要なり、結局、デフォーカスを加えた場合にも、比例係数αの値が変わるだけで、この２つの関係式は同様に成り立つのである。
【００７０】
このようにして決めたＢＤ／ＤＶＤ領域のベースとなる非球面レンズの対応基板厚は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ領域でも同一の値である必要がある。なぜなら、ＢＤ再生時とＤＶＤ再生時は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ領域とＢＤ／ＤＶＤ領域で、ＢＤ光もＤＶＤ光も焦点位置が一致する必要があるためである。対応基板厚さが領域によって異なると、それぞれの領域で所定の補正波面収差形状となるＢＤ光の焦点位置とＤＶＤ光の焦点位置の間隔が異なることになる。すると、たとえばＢＤでＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ領域とＢＤ／ＤＶＤ領域の焦点位置が一致するように曲率半径を調整してしまうと、ＤＶＤではＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ領域とＢＤ／ＤＶＤ領域でその焦点間隔の差の分だけ焦点位置がずれてしまうためである。
【００７１】
このため、たとえ輪帯構造によりそれぞれの焦点位置で収差補正ができたとしても、相対的にＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ領域とＢＤ／ＤＶＤ領域の焦点ずれに比例した残留収差が発生してしまう。これを避けるためにＢＤ／ＤＶＤ領域で決定した対応基板厚ｔはＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ領域にも適用されなければならないのである。
【００７２】
図６の下側のＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ領域の角が丸い四角で囲まれた３つの式は、ＢＤ／ＤＶＤ領域の２つの式と同様に、ＢＤとＤＶＤとＣＤの３つの条件で、発生する収差と補正する収差が対応するための条件式となっている。ここでベースとなる非球面レンズの対応基板厚はＢＤ／ＤＶＤ領域ですでに決定した値を用いる。
【００７３】
ここでは決められた対応基板厚との差に比例して発生する収差を３つの波長で共に補償するために第１、第２、第３の３つの輪帯構造を導入する。それぞれの輪帯構造による位相差をそれぞれのディスクごとにφの添え字のディスク名と輪帯構造の番号を用いて表している。これらの位相差は３つの輪帯構造の段差形状を決めることで、波長に応じて一意的に決めることができる。
【００７４】
また、それぞれの輪帯構造の輪帯数をＮに対応する輪帯番号の添え字をつけて表している。この３つの輪帯数を未知数としてこれら３つの連立方程式を解くと、３つの輪帯構造を決定することができる。ここで、ＢＤ／ＤＶＤ領域と同様にして、輪帯数Ｎは細かすぎても、粗すぎてもいけないため、３つの輪帯構造の深さをいろいろな組み合わせで変えながら最適な値を探索すればよい。
【００７５】
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。
【００７６】
それぞれの連立方程式に入力する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は容易に想像できる。
【００７７】
そこで、連立方程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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
このように、本発明においては、３波長共用領域では３種類、ＢＤ／ＤＶＤ共用領域では１種類の輪帯構造を用いれば、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの光ディスクで同時に収差補正ができる。
【００８３】
実際上は、さらにこれに加えて、不要なフレア光を除去するための輪帯構造を追加する必要が生じる場合がある。３波長共用領域では、３つの波長の光をすべて利用する必要があるために、フレア光を除去する輪帯は不要であるが、ＢＤ／ＤＶＤ領域ではＣＤ光を必要としないため、ＣＤ光を選択的に遮光する制限開口がない場合には、この領域を透過するＣＤ光が、必要なＣＤ光の集光状態を劣化させる要因となる可能性がある。
【００８４】
さらに、ＢＤ専用領域では、ＤＶＤ光とＣＤ光がともに不要となるため、ＤＶＤの集光スポットをこの領域を透過する不要なＤＶＤ光が劣化させる可能性があるとともに、ＣＤの集光スポットをこの領域を透過する不要なＣＤ光が劣化させる可能性がある。これらの影響を軽減するためには、ＢＤ／ＤＶＤ領域を透過するＢＤ光とＤＶＤ光に影響を与えることなく、ＣＤ光を拡散させるような輪帯構造と、ＢＤ専用領域を透過するＢＤ光に影響を与えることなく、ＤＶＤ光とＣＤ光を拡散させるような輪帯構造を付加すればよい。
【００８５】
図５において、たとえば０．８μｍ程度の深さの輪帯構造であれば、ＢＤの位相差を０にしたままＤＶＤとＣＤの位相差を約０．５λシフトさせることが可能である。これをＢＤ専用領域のフレア光対策の輪帯として付加すればよい。また、たとえば、３．９μｍ近傍の深さであればＢＤ光とＤＶＤ光の位相差をともにほぼ０にしたまま、ＣＤ光だけ位相差を約０．５λ付加することが可能である。これをＢＤ／ＤＶＤ領域のフレア対策の輪帯として付加すればよい。
【００８６】
フレア対策用の輪帯は、原理的に必要な光には影響を及ぼさないため、収差補正用輪帯との相対的な位置のずれはそれほど問題とならない。したがって、特にこれらの輪帯を、収差補正用輪帯と同じ面に形成する必要はない。このため、以下で説明する実施例においては、フレア対策輪帯は第２面に形成した。
【００８７】
以上のようにして、輪帯を形成するにあたって、輪帯構造で補正する波面収差にデフォーカスを導入する必要性を以下に示す比較例を用いて説明する。
【００８８】
図７は、本発明に先立ち、比較例として、デフォーカスを付加しない輪帯構造で設計した際の、補正収差波面形状である。ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤそれぞれについて、３波長共用領域の収差波面と、ＢＤ、ＤＶＤ領域の収差波面を並べて示している。それぞれの領域の収差波面形状においては焦点位置をそろえており、その焦点位置は発生する球面収差に対して最良像点を与える位置にしている。このため補正しなければならない収差量のＰｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ値は１〜２λとそれほど大きくない。
【００８９】
この設計の位相構造および輪帯構造の仕様値を表１１に示す。段差は重ね合される２種類の輪帯で、３波長共用領域では１．４６μｍと６．３μｍ、ＢＤ／ＤＶＤ領域で３．８８μｍと５．３３μｍであり、位相差はＢＤ波長では８λにも及ぶ。このような輪帯が５４輪帯あり、各輪帯を構成する軸上相当のレンズ厚（軸上レンズ厚）はざっと見積もっても０．５ｍｍ程度内周から外周にかけて変化することになる。ただしこの比較例においては図６で説明した設計原理と異なり、３波長共用領域もＢＤ／ＤＶＤ領域もともに２種類の輪帯構造を重ね合わせた構造としている。
【００９０】
このようにする場合は、ベースレンズの対応基板厚と２種類の輪帯の輪帯数を合わせた３つの未知数でまず３波長共用領域の輪帯仕様を決定し、求めた対応基板厚を既知として、ＢＤ／ＤＶＤ領域に重ねる２種類の輪帯数を未知数としてＢＤ／ＤＶＤ領域の輪帯仕様を決定している。このようにするとＢＤ／ＤＶＤ領域の設計が実際上あまり良い解が得られず、本発明において図６に示した設計方法に変更した要因でもある。
【００９１】
この収差波面に対して、輪帯構造を付加したレンズ形状と軸上波面収差と、画角のある波面収差形状を図８に示す。
【００９２】
輪帯構造は基本的に図７の軸上波面収差に対応して設計し、補正後の波面収差のＰｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ値を小さく抑えるために、図５において、３つの波長でいずれも位相シフト量が比較的小さくなるような深さとして、たとえば１．５μｍとか、６．３μｍとかの深さを選んで組み合わせている。さらに補正する波面収差量に対して位相シフト量が小さくなるため、輪帯数が多くなり、深い輪帯が多くなることから、ベースレンズに対する形状変化が大きくなって、図８のレンズ形状では異様な凹凸が発生している。
【００９３】
なお、レンズ形状はＢＤとＤＶＤとＣＤでそれぞれ設計のＮＡの範囲のみ表示しているが、表示している形状はいずれも共通のレンズであることに注意して頂きたい。ディスク基板厚はそれぞれのディスクに合わせて異ならせている。ＣＤの作動距離（Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ：ＷＤ）は０．４１ｍｍ程度を確保しているが、これを確保するためにＢＤのＷＤを約１ｍｍ確保するようにベースレンズを設計している。このため、本来のＢＤ専用レンズに比して、ベースレンズの厚さを薄くせざるを得なくなり、もともと画角特性が十分確保できないレンズをベースとせざるを得なくなってしまっている。
【００９４】
これらのレンズ形状に対して、軸上波面収差は目論見通りＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤともそれぞれ±０．１λ程度に良好に抑えられている。しかし、画角をつけた波面収差ではＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤとも０．０３°、０．０７°、０．１５°といったかなり小さい画角に対しても０．０５λ、０．０７λと言ったマレシャル基準並みの波面収差量が発生してしまっている。これらはベースレンズの画角特性が不十分であることに加えて、輪帯の段差が深くて輪帯数が多いことから、各輪帯の実効的な軸上レンズ厚の変化が内周から外周にかけて大きく変化してしまっていることにも起因していると考えられる。
【００９５】
以上の検討から、本発明では輪帯の段差量を浅くすることを検討した。しかし、段差が浅くなると、位相シフトに小さい値を選べなくなることから、残留収差のＰｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ値が大きくならざるを得ない。このためＲＭＳ波面収差は大きくなってしまうことが予想される。
【００９６】
そこで、我々は本発明において、回折レンズ方式の考え方の一部を、我々の輪帯位相シフトレンズの設計に導入することを検討した。以下、それについて説明するに当たり、まず位相シフトレンズと回折レンズとの関係について説明する。
【００９７】
回折レンズ方式では、位相シフト方式と類似した位相段差を、補正される収差を位相関数とする周期構造（回折レンズ構造）により決定している。位相関数は回折レンズ構造によって発生する回折光波面の、０次光に対する１次光の位相差であって、ｎ次回折光（ｎは整数値）の位相差はそのｎ倍となる。回折レンズを含め、回折素子を透過した光波の複素振幅分布は、位相構造に周期性があれば、位相関数を位相値とする複素指数関数のべき級数で展開でき、このときｎ次回折光の位相が１次光のｎ倍となるのがそれに対応している。
【００９８】
なぜなら、べき級数のｎ乗の演算は、指数関数に適用すれば位相値のｎ倍に等しいからである。ここで、位相差そのものは波長には依存せず、実際に補正される光路差は位相差に波長を乗じることによって求められるため波長に比例することになる。位相関数は実質的に輪帯位置のみを決める関数であり、各輪帯の位相構造そのものには無関係であって、回折効率にも無関係である。回折効率は先のべき級数展開の各回折次数の光の複素指数関数の係数の絶対値の２乗値に対応している。
【００９９】
この回折効率を決めるのは、各輪帯１周期分の、べき級数展開する前の位相構造であり、回折素子を透過した直後に入射光に加わる付加位相分布にほかならない。これをべき級数展開する基底関数の位相が位相関数であり、それは各輪帯の位相構造とは無関係である。逆に位相シフトレンズの位相構造は、各次数に分離する前の、素子を透過した直後の光の入射光に対する位相付加分であり、強度分布に直接影響する。
【０１００】
回折レンズの位相関数がべき級数展開の基底関数の位相値であり、位相シフトレンズの位相シフトが補正される位相シフト量そのものであることの違いは、補正される位相量の解釈の違いにもつながっている。
【０１０１】
回折レンズでは１つの輪帯で１次回折光に発生する位相量は段差によらず常に１波長であるが、位相シフトレンズでは１つの輪帯で補正される位相シフト量は光路差から波長の整数倍を除いて±λ／２以内になった位相差の値と理解される。通常はこれを残留収差のＰｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ値に対応して０．１λ程度となるようにするため、位相シフトレンズで補正される位相シフト量は同じ輪帯数に対して回折レンズの位相付加量の１／１０程度となる。ただしこれを回折レンズとして解釈するならば、位相付加量は除去した整数波長分に相当する値であって、整数値に対応した回折次数の光が、多数の段差で積算された位相シフト量の包絡線の位相シフト効果を位相シフトレンズのベース非球面に付加した非球面により生成される０次光に対して発生すると理解される。
【０１０２】
このように位相シフトレンズは、回折光が分離するような条件においては回折レンズとして解釈することも可能である。逆に回折レンズを位相シフトレンズとして解釈することも無条件で可能である。位相シフトレンズのベース非球面は、回折レンズのベース非球面であるところの輪帯構造の包絡面ではなく、光軸との光路差分をレンズ面全面にわたって除去した面となり、位相シフトは段差による光路差から整数波長分を除いた分であると解釈される。
【０１０３】
したがって、たとえば、位相差が波長の整数倍となる回折効率１００％のブレーズ格子を付加した回折レンズは、位相シフトレンズとしての位相シフト量はゼロであって、レンズ厚を薄くしたり、波長ずれや温度ずれの影響を軽減したりなどの効果はあるものの、基本条件ではベースレンズに対して何ら収差補正効果のないレンズということになる。
【０１０４】
回折レンズの位相関数と位相シフトレンズの位相シフトとのこのような解釈の違いは残留収差と光利用効率の評価の違いにも表れている。つまり位相シフトレンズでは連続的な収差波面を、不連続な位相段差で補正するため本質的に残留収差が避けられないが、回折レンズでは設計上特定回折次数成分のみの連続的な位相関数の回折光で収差補正するため、みかけ上残留収差が生じない。
【０１０５】
しかし、これを位相シフトレンズの考え方で解釈するならば素子を透過した直後の波面では他の次数成分の混在によって残留収差があるにも関わらず、焦点面上でそれらの不要な次数が排除されて残留収差が除去されていると考えることができる。
【０１０６】
排除された不要な回折次数の成分は回折効率の低下として評価される。すなわち、位相シフトレンズの残留収差と回折レンズの回折効率の低下は実質的には等価であり、一概に回折レンズの方が収差性能がよいというのは誤解である。逆に位相シフトレンズは回折光が分離しないので回折効率の低下が生じず、光利用効率が高いというのも集光スポット周辺の積分光量としては真実であるが、収差による集光スポット中心強度の低下に表れていることになる。ただし、収差が許容範囲であれば利用効率が高い方が望ましいという要求があり、最近の位相シフトレンズの優位につながっている。
【０１０７】
回折レンズ方式のもう１つのポイントは、回折レンズに含まれる回折素子そのものにレンズ作用があることである。回折レンズではｎ次回折光が発生し、それを光学装置に用いる。ｎ次回折光が発生するためには、ファーフィールドにおいて他の次数の光との空間的な分離が必要であり、光軸に対して回転対称な回折レンズにおいて、その空間的な分離とは光軸上の異なる焦点位置に各次数の光が分離することを意味する。光軸上の異なる位置に回折光を分離する作用はレンズ作用にほかならない。
【０１０８】
したがって、回折レンズは文字通り、回折素子そのものにレンズ作用がある素子である。ｎ次回折光が分離しない回折素子においては、一般的な回折素子としての回折が起こっているとは言えず、それは通常は回折素子とは呼ばれない。この回折素子と呼ばれない位相構造を持った光学素子であっても、位相シフトは起こる。つまり、レンズに限らず、位相シフト素子は回折が起こるかどうかに関わらず位相シフト素子であるが、回折が起こる位相シフト素子は特に回折素子と呼ばれているわけである。
【０１０９】
上記において、位相シフトレンズは回折効率でなく残留収差として評価すると述べたが、回折光が分離しない位相シフトレンズでは回折効率での評価ができないので通常は残留収差として評価せざるを得ない。逆に回折光が分離するような傾向を持つ条件においては、位相シフトレンズでも光利用効率で評価できる場合がありえる。一方、回折光が分離する回折レンズを素子透過直後の波面で残留収差として評価することもあまり行われていないが原理的には可能なはずである。
【０１１０】
回折素子に回折光を分離させるだけのレンズ作用があるかどうかは、位相関数のデフォーカス成分によって決まる。たとえば、集光スポットの焦点深度は開口数ＮＡ、波長λのとき、λ／ＮＡ＾２で表されるので、それ以上のデフォーカスを与える位相関数のデフォーカスの係数は、Ｗ２０＞（λ／（２×ＮＡ＾２））×（ＮＡ＾２）＝λ／２すなわち０．５λ以上のデフォーカス波面収差があればよいことになる。ただし、これは無収差の集光スポットの場合であって、位相関数に収差がある場合はさらに大きいデフォーカスが必要である。
【０１１１】
回折素子に回折光を十分に分離するデフォーカス成分がなくとも実質的に次数が分離すると言える場合があり得る。それは、１００％の回折効率で回折する場合である。輪帯構造が輪帯境界において整数波長の位相段差を持つ場合がこれに当たるが、これは解釈の問題であって、整数波長の位相シフトとしてその現象が生じていると理解することもまたできる。ただし、複数波長の互換の目的で用いる位相シフト素子の場合にすべての波長で同時に位相差を波長の整数倍とすることはないので、このようなケースは本発明での考察からは除外できる。
【０１１２】
回折素子が回折光を空間的に分離させるかどうかを決めるもう１つの要因は、輪帯構造の周期性である。ある位相シフトレンズを、位相関数に回折光を分離させるだけのデフォーカス成分がある回折レンズ素子として解釈できるように見える場合であっても、実際に輪帯構造の各周期の位相構造に周期性がなければ、その位相関数を位相値にもつ複素指数関数でのべき級数展開ができなくなる。すなわち、回折光が次数ごとに光軸方向に空間的に分離しなくなる。つまり、この場合にも回折を生じない輪帯構造となるため、このような位相シフトレンズは回折レンズでないと言える。
【０１１３】
上記では回折レンズの条件として、位相構造のレンズ作用と周期性について述べた。しかし、レンズ作用はある意味で周期性の一形態でもある。一般にフーリエ解析に基づく波動、信号理論では、周期関数で表される信号の周波数スペクトルが離散的になることは常識であるが、ニアフィールドである瞳面からファーフィールドである焦点面への光波伝搬のフラウンホーファー回折がフーリエ変換で表されることが前提の波動光学においてもまた同様である。
【０１１４】
すなわち、回折光がファーフィールドにおいて各次数に分離することを持ってそれを生じた位相構造に周期性がある、と解釈することができる。したがって、レンズ作用を生じる位相関数のデフォーカス成分もまた位相構造の周期性の現れの１つであると理解できる。以上により回折レンズはこのような広い意味において位相構造に周期性のある位相シフト素子であると考えることができる。
【０１１５】
このような回折レンズに対して、位相シフトレンズは、段差による位相シフトによって収差そのものを補正することを主眼としてきた。したがって、デフォーカス成分を含まない収差波面そのものを補正するために、回折レンズの位相関数に相当する関数にはデフォーカス成分を本質的に含んでいない。つまり、回折レンズでない位相シフトレンズは、回折レンズと異なり位相構造に周期性がなく、集光スポットは空間的に回折光が分離しないのである。このため、輪帯構造による位相シフト後の波面収差は不連続な位相段差を含んだＲＭＳ波面収差そのものが所定の値（マレシャル条件の０．０７λ、または０．０５λ、または０．０３λなど）以下となるように設計されてきた。
【０１１６】
しかし、上記に述べたように、今回、位相シフトによって３波長互換レンズを実現しようとするとき、小さい位相シフト量とレンズの画角特性が両立しないことが明らかとなったため、今回新たに、位相シフトで補正される波面収差にデフォーカスを導入することにした。
【０１１７】
これによって、輪帯構造の段差を浅くすることによって発生する大きな位相シフト、および、それに起因する大きな残留波面収差を実効的に低減することを狙う。つまり、残留収差の大きい光の成分を、擬似的な回折効果により空間的に分離することを狙うのである。このため、デフォーカスを導入する位相シフトレンズの直接的な評価指標は波面収差ではなく、スポット形状となる。もちろん、間接的には波面収差も評価指標とできるが、それはこれまでのようなトータルＲＭＳ波面収差ではなく、波面収差をゼルニケ展開により展開した有限次数項（たとえば一般的な３７項まで）で近似した成分のみの合成値を用いることである。
【０１１８】
このような考えの下に設計する位相シフトレンズは、それでは回折レンズなのではないか、という疑問が当然生じる。上記で説明したように、回折光が複数次数に分離するのが回折レンズであり、それを前提とした位相関数による光学設計を経たレンズは当然回折レンズであるが、本発明では回折レンズの位相関数が内包しない、各輪帯の位相構造そのものを設計するのであり、複数の輪帯構造を別々に設計して合成するなどの過程において、輪帯構造全体としての空間的な周期性が希薄となり、エネルギーとして収差の大きい成分が、光学系で必要とされる集光スポットから偏在はするとしても、回折レンズのように空間的に各次数が離散的に存在するような強度分布とはなり得ない。
【０１１９】
したがって、補正すべき収差波面にデフォーカスが含まれるからと言って、複数輪帯の合成によって設計された位相シフトレンズは、回折レンズの条件として必要な周期性は持ち得ない。したがって、あくまで、本発明のレンズは補正すべき収差にデフォーカス成分のある位相シフトレンズなのである。
【０１２０】
図９は、本発明の基本的な概念、すなわちデフォーカスを補正する波面収差に含む位相シフトレンズの考え方を説明する図である。図９の左側は輪帯構造を付加する前、右側は輪帯構造を付加したあとの、レンズとそこに入射する光線の概念図（上）、および、波面収差（光路差）の瞳面内分布である。
【０１２１】
輪帯構造を付加する前はＢＤの光束（Ｉ）、ＤＶＤの光束（ＩＩ）、ＣＤの光束（ＩＩＩ）が基本的には同じ焦点位置（ここでは色収差は無視する）に集光している。それに対して、焦点近傍にＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤそれぞれＩ，ＩＩ，ＩＩＩで示した位置に参照球面の曲率中心をおいた参照波面に対する波面収差が下のようになったとする。ここでは、各々実際の焦点位置（元の焦点位置）と異なる基準焦点位置に対する波面収差であるため、それぞれデフォーカスの波面収差が加わった波面収差となっている。この波面収差を右の図では輪帯構造を付加して補正することを試みる。
【０１２２】
すなわち、輪帯段差による位相シフトによって、右下のように、波面収差が折りたたまれて０（横軸に相当）の近傍に近づいている。このような波面収差分布となった場合、左図で元々、基準とする焦点位置がＩ，ＩＩ，ＩＩＩのように元の焦点位置からずれた位置であったことを考えれば、それぞれの位置に実際に光が集光されていることにほかならない。つまり位相シフトによってレンズ作用を生じさせていることになる。この残留収差が十分小さければそれが理想であるが、大きくても集光スポット形状が許容範囲の劣化に留まっていれば、収差の大きい成分が必要な集光スポットから空間的に実質的に分離される形となっていることに相当する。
【０１２３】
以下、このような原理に基づく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】
【０１２４】
表１は図４、図６、図９で説明した本発明の原理に基づき、輪帯の位相構造を行った結果である。（Ａ）はＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの波長とディスク基板およびレンズの屈折率である。これを前提として、まず、ＢＤ／ＤＶＤ領域において、（Ｄ）に示す第４輪帯の深さ０．４１μｍにおいて、ベースとなるレンズの対応基板厚と第４輪帯の輪帯数を、図６に示したＢＤ／ＤＶＤ領域の連立方程式を解いて決めた。
【表１】
0005613593.tif 000002
【０１２５】
このとき、ＢＤのデフォーカスは所定の条件における３次球面収差に対して、ゼルニケの展開係数の比が一定になるようにした。比が大きいとデフォーカスが大きく、輪帯数が増えて輪帯が細かくなるので、実現可能な範囲を探すと、今回は比の値が−１９．０９８であった。
【０１２６】
このようにして求めた最適基板厚は、約０．３４７ｍｍで、ＢＤの０．０８７５ｍｍとＤＶＤの０．６ｍｍの間の値となった。このとき、ＢＤ／ＤＶＤ領域で各波長で発生する収差と位相補正量は（Ｅ）に示すようになる。位相差はＢＤで−０．４７λ、ＤＶＤで０．３１λ、ＣＤで０．２６λといずれも大きいが、最終結果で確認することにしてこれを採用した。
【０１２７】
ＢＤ／ＤＶＤ領域において求めたベースレンズの対応基板厚を３波長共用領域においても適用し、第１、第２、第３の輪帯の深さを０から２μｍの範囲で変化させて、図６に示した３波長共用領域の連立方程式を解いて各輪帯での収差配分を変えて残留収差が少しでも小さくなる解を探した。
【０１２８】
この結果、第１、第２、第３の輪帯それぞれ深さ１．０２μｍ、１．４１５μｍ、１．５２μｍの解を選定した。このときＢＤの収差は１３．５λ、ＤＶＤが−９．０λ、ＣＤが−１７．４λとなった。
【０１２９】
ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤそれぞれの輪帯ごとの位相差はやはり最大で０．３λを超える程度の値となっている。これらの輪帯深さは、図１１に示したデフォーカス成分のない比較例の６μｍにもおよぶ深さに対して非常に浅い値となっている。このため、付加される光路差の整数波長成分も１波長から２波長と、８波長にも及ぶ比較例に対して非常に少ない。このため、輪帯面を形成するレンズ面の軸上レンズ厚の変化が少なくなり、画角特性を改善することができる。
【０１３０】
図１０は、表１の位相構造設計結果をもとに、図７と同様にして、本発明のレンズにおいて位相シフトにより補正されるべき波面収差の計算結果を示したものである。左側が３波長共用領域、右側がそのすぐ外側のＢＤ／ＤＶＤ領域である。
【０１３１】
ここでは、単に色収差として生じるＢＤとＣＤの焦点位置のずれに、輪帯構造によって約１３０μｍの焦点位置のずれが加わるようになっている。これによって、ＢＤと、ＤＶＤ／ＣＤの相対的なデフォーカス量が図７と比較して大きくなっていることがわかる。
【０１３２】
これは、図７において３波長共用領域とＢＤ／ＤＶＤ領域の境界近傍で波面収差が極値を持っていたのに対して、図１０では極値はＢＤ／ＤＶＤ領域の外にはずれ、ＢＤ／ＤＶＤ領域の波面傾斜が３波長共用領域と同じ符号となっていることからも明らかである。それぞれの波面収差量は３波長共用領域がＢＤで１３λ以上、ＤＶＤで−９λ、ＣＤで−１７λにも及んでいる。したがって、ＢＤに対するＣＤのデフォーカスがざっと３０λに達していることがわかる。ＢＤ／ＤＶＤ領域まで含めれば、ＢＤで約１９λ、ＤＶＤで−１２λ、ＣＤで約−２４λとなっている。
【０１３３】
このような大きな収差量は、これまで位相シフトでの補正は考えられなかった。さらにグラフに重ねてＲＭＳ波面収差値を示している。３波長共用領域、ＢＤ／ＤＶＤ領域まで含めた領域とも３次球面収差のＲＭＳ波面収差値よりも、デフォーカス成分のＲＭＳ波面収差値の方が大きくなっていることがわかる。なお、ＢＤ／ＤＶＤ領域のグラフに重ねて表示しているＲＭＳ波面収差の値は、ＢＤ／ＤＶＤ領域の範囲内のみの計算値ではなく、３波長共用領域を含めた範囲の計算値である。
【０１３４】
ここで、図７のデフォーカスを補正する波面収差に含めていない比較例と改めて比較すると、図７においては、ＢＤ／ＤＶＤ領域を含めた領域のＲＭＳ波面収差値において、デフォーカス成分のＲＭＳ波面収差値がほとんどゼロに近く、３次球面収差成分（ＳＡ３）がデフォーカス成分に対して非常に大きくなっていることがわかる。これが従来の位相シフトレンズの基本的な設計であり、図１０の本発明が大きく異なるところである。
【０１３５】
図１０の波面収差を、表１に示す設計結果をもとに位相シフトで補正した結果の波面収差を図１１、１２、１３に示す。図１１はＢＤの波面収差、図１２はＤＶＤの波面収差、図１３はＣＤの波面収差である。ともに横軸は規格化瞳半径であり、それぞれＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの有効範囲のみを表示している。
【０１３６】
３波長共用領域の輪帯位置を決めるにあたっては、３つの輪帯構造で別々に輪帯位置を決めたあとで、１面に合成したときにあまり幅の狭い輪帯が生じないように、幅の狭い輪帯はその両側の輪帯境界における位相シフト値を重みとして加重平均した半径位置に両側の位相シフトを合成した位相シフト量を付加するように調整した。この結果、この段階では輪帯幅は最少でも１５μｍ以上となるようにしたが、レンズ形状設計の段階で主に色収差の影響を加味した微調整を加えて最終結果とする。
【０１３７】
表１のＢＤでは−０．３５λから０．２λの範囲の０．５５λｐ−ｐ（ｐ−ｐはｐｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋを意味する）、ＤＶＤでは−０．１５λから０．２５λの０．３５λｐ−ｐ、ＣＤでは−０．３５λから０．４５λの０．７λｐ−ｐ（スパイクノイズ的なピークを除外すれば−０．２λから０．３λの０．５λｐ−ｐ）の範囲に収差が抑えられていることがわかる。
【０１３８】
図１１、図１２、図１３において、その波形の周期性を確認すると、図１１においては規格化半径０の中心位置から３から５輪帯ごとに波形が波打っているが、その本数や配置などから必ずしも周期性がないことがわかる。ＢＤ／ＤＶＤ領域においては輪帯構造が第４の輪帯だけであるため、周期性があるように見受けられる。
【０１３９】
しかし、ＢＤ／ＤＶＤ領域を透過して光ディスク光学系で使用される光は、３波長共用領域とＢＤ／ＤＶＤ領域を用いるＤＶＤ光と、３波長共用領域とＢＤ／ＤＶＤ領域とＢＤ専用領域を用いるＢＤ光であるため、使用領域全体として周期性がないのは言うまでもない。したがって、光軸方向に集光スポットが次数ごとに分離することはなく、回折レンズではなく、位相シフトレンズとなると考えられる。
【０１４０】
次に、表１、図１０、１１、１２、１３に説明した位相構造を持つレンズ面形状を光学設計した結果を示す。光学設計はまずＢＤ専用領域に相当するレンズ面を有する一様な輪帯のないＢＤ専用対物レンズを、画角特性の許す限りワーキングディスタンスを広げて設計しておき、次にこのレンズの第２面と第２面から焦点までの距離（バックフォーカス）、第１面と第２面の面間隔を固定したまま、波面収差が図１０のＢＤの波面収差となるように第１面を設計し、この第１面を位相構造設計した各輪帯の位相シフト量となるように軸上レンズ厚を変えてすべての輪帯に合わせて同様に設計しておき、位相構造設計結果の各輪帯境界での光線のレンズ第２面出射後の光線傾きが所定の値となるように輪帯境界位置を微調整し、その半径位置で位相シフトに対応した面形状を最小２乗フィッティングにより曲率半径と円錐定数、または２次非球面係数と４次非球面係数でフィッティングし、これらのパラメタを光学設計ソフトに初期値として入力し、図１１、図１２、図１３の波面収差を目標として自動設計した。
【０１４１】
表２に、本発明の第１、第２、第３の実施の形態（設計例１、設計例２、設計例３）の基本仕様値を示す。以下に示す第１、第２、第３の実施形態は、上記に説明した輪帯構造は基本的に共通であって、第１の実施形態がフレア光の影響を低減する輪帯（フレア対策輪帯）を付加しないもの、第２の実施形態がＢＤ専用領域にフレア対策輪帯を付加したもの、第３の実施形態がＢＤ／ＤＶＤ領域とＢＤ専用領域にともにフレア対策輪帯を付加したものである。
【表２】
0005613593.tif 000003
【０１４２】
基本仕様値としては、波長と、レンズやディスク面の面間隔、レンズやディスクの屈折率、および有効光束径である。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。これらのパラメタは３つの実施形態で共通である。
【０１４３】
表３は、本発明の第１、第２、第３の実施の形態の第１面の輪帯構造を示す。輪帯数は５９輪帯あり、第０から第４６輪帯までが３波長共用領域、第４７から第５７輪帯までがＢＤ／ＤＶＤ共用領域、第５８輪帯がＢＤ専用領域である。
【表３】
0005613593.tif 000004
ここで軸上サグ量は、式（１）
【数１】
0005613593.tif 000005
で表される非球面式のＡ０であり、軸上の第０輪帯では０である。第０輪帯から第４８輪帯までは曲率半径（曲率ｃの逆数）と円錐定数κだけで表されている。一方、第４９輪帯から第５７輪帯までは非球面式の曲率ｃは０であり、Ａ２とＡ４のみで表されている。このように少ない項数で表されるのは、輪帯の幅が狭く、このような少ない項数でも必要な形状が十分記述できるためである。これらの第１面の輪帯構造は、設計例１、２、３で共通である。表の軸上サグ量、開口半径、曲率半径の単位はｍｍである。
【０１４４】
表４は、設計例１および２の、第２面の非球面式のＡ４までの係数である。パラメタは表２と同様のものである。表の軸上サグ量、開口半径、曲率半径の単位はｍｍである。
【表４】
0005613593.tif 000006
表５は、設計例１および２の第１面の第０〜５７輪帯と第５８輪帯、および第２面についてのＡ６以降の非球面係数である。第１面の第５８輪帯はＢＤ専用領域であり、第２面とともに多くの非球面係数を必要とする。
【表５】
0005613593.tif 000007
【０１４５】
表６は、第２面の輪帯の軸上サグ量と開口半径である。設計例２ではＢＤ専用領域のみにフレア対策用輪帯を第２面に設けている。このとき軸上サグ量は、０．５９μｍと０を繰り返しているため、凹凸の繰り返しの段差となっている。表の軸上サグ量、開口半径、曲率半径の単位はｍｍである。このような軸上段差があっても段差が小さいため、非球面係数は表４、表５に示したように同じ値となっている。
【表６】
0005613593.tif 000008
【０１４６】
一方、設計例１は第２面にこのようなフレア対策輪帯のない形状となっている。０．５９μｍの軸上段差は、光学設計ソフトによってＢＤ専用領域のＢＤの波面収差に変化ない値を探した結果であるが、このときにＤＶＤとＣＤに対して生じている位相差はともに０．３λ以上であった。
【０１４７】
これに対して、設計例３では第２面の、ＢＤ／ＤＶＤ領域とＢＤ専用領域にともにフレア対策輪帯を設けている。表７は、その軸上サグ量とＡ２、Ａ４の係数である。軸上サグ量は表１０に示すような位相差となっており、３波長共用領域では３．８７５μｍ、ＢＤ／ＤＶＤ領域では０．７７２μｍとした。このとき、３波長共用領域では表７から、ＢＤは０．０１８λ、ＤＶＤは−０．０２８λしか位相ずれがないのに対して、ＣＤでは０．４６７λの位相ずれが発生する。ＢＤ／ＤＶＤ領域では、ＢＤは−０．０００２４λしか位相ずれがないのに対して、ＤＶＤは−０．４０８λ、ＣＤでは０．４９０λの位相ずれが発生するようにしている。
【表７】
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【０１４８】
このような軸上段差を生じるような面形状を、レンズ厚を変えて領域全面に対して設計しておき、この段差を生じる輪帯範囲において２次と４次の非球面係数だけでフィッティングにより用いる係数の数を少なくしている。このフィッティングに伴って表７の軸上サグ量は、表１０の値と異なっているが、光学的には表１０の軸上段差量に対応していることになる。表８は、第１、第２面のＡ６以上の非球面係数である。第２面は第０、第２５輪帯の非球面係数は共通であり、表８の値となっており、その他の輪帯ではＡ６からＡ２０の係数は０となっている。
【表８】
0005613593.tif 000010
【０１４９】
図１４は、フレア対策輪帯を付加する前の設計結果である。ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤそれぞれについて設計形状と軸上波面収差、像高の波面収差を示している。レンズ形状はＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤともＢＤ専用領域まで含めて表示しているが、ＤＶＤとＣＤの有効径は表示している範囲より狭い領域となる。つまりＤＶＤとＣＤについては不要なフレア光線を含めて表示している。図１４中に有効径、焦点距離、ＮＡ、ワーキングディスタンス（ＷＤ）を表示している。本発明の位相シフトレンズでは補正する波面収差にデフォーカスを含めており、各輪帯を構成するレンズ面から決まる焦点距離とは、レンズとしての焦点距離が変化している。
【０１５０】
これを設計形状に対して定量化するために、わずかに画角をつけた入射光の波動光学的集光スポット中心強度が結像する位置が焦点距離に画角θのｓｉｎθを乗じた値となっていると想定してその像高値から求めたものである。その値に応じて各有効径に対しＮＡ値を決めており、この設計例ではＢＤは０．８４８、ＤＶＤは０．６２１、ＣＤでは０．４８２となっている。
【０１５１】
ワーキングディスタンス（ＷＤ）はＢＤで０．８６３ｍｍ、ＣＤで０．３９８ｍｍであり、図８の比較例の０．９９ｍｍと０．４１ｍｍに対し、ＢＤの値をあまり大きくしなくとも、ＣＤのＷＤをほぼ同等にすることができている。ＢＤのＷＤとＣＤのＷＤの差は、図８では０．５８ｍｍに対して、図１４の本発明では０．４６５ｍｍに縮まっており、さらにその差は０．１２５ｍｍであることから、ほぼ目論見通りのデフォーカスが加わっていることがわかる。
【０１５２】
波面収差も同様にＢＤの有効範囲を表示している。ＢＤの軸上波面収差は、３波長共用領域とＢＤ／ＤＶＤ領域で０．４λｐ−ｐ程度の振幅で細かく変動している。これが位相構造設計の図１１に対応している。すなわちほぼ目標通りの波面収差を生じる面形状が設計できていることがわかる。ＢＤのＢＤ専用領域の波面は当然ながら平らになっている。これも図１１と対応している。
【０１５３】
ＤＶＤの軸上収差は３波長共用領域とＢＤ／ＤＶＤ領域では約０．３λｐ−ｐの変動があり、ＢＤ専用領域で急激に±０．５λを超える変動が始まっている。図では必ずしも±０．５λに達していないように見えるが、これはサンプリング点数の設定によるものと思われる。これもほぼ図１２と対応していると考えられる。
【０１５４】
ＣＤの軸上収差は３波長共用領域では０．４λｐ−ｐ程度の振幅で変動しているが、ＢＤ／ＤＶＤ領域とＢＤ専用領域では急激に±０．５λを超える変動が始まっている。これも図１３とほぼ対応している。たとえば３波長共用領域の中心から境界への半径の真ん中付近で発生している大きなスパイクなども再現されている。これらの収差は図８の比較例と比べると格段に大きいが、その影響は以降のスポット評価で評価する。
【０１５５】
次に、図１４の画角特性（像高特性）について述べる。画角は波面収差の表示が有効範囲で±０．５λの範囲に収まる必要性から、ＢＤでは０．３°、ＤＶＤでは０．４°、ＣＤでは０．６°の設定となっている。これらは図８の比較例の０．０３°、０．０７°、０．１５°に対してすでに４倍から１０倍に広がっており、あとで述べるように実効的な収差量も十分実用的な値となっている。
【０１５６】
次に、波面収差の解析結果について表９を用いて説明する。表９は、図１４の光線追跡結果からＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤそれぞれについて軸上の波面収差と画角に対する波面収差のゼルニケ展開項のＲＭＳ波面収差成分値とそれらを合成した波面収差値を示したものである。表は上中下３段に分かれているが、上段が軸上収差であり、回転対称な項番号９、１６、２５、３６、３７の球面収差とＦｉｔ  ｅｒｒｏｒおよび、それらの合成値を示している。ＴｏｔａｌはＦｉｔｔｉｎｇ前のＲＭＳ波面収差であり、５〜３７Ｔｏｔａｌはフィッティングした５つの球面収差のみの合成値である。
【表９】
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【０１５７】
これによれば、フィッティング前のＴｏｔａｌ波面収差の値が非常に大きいが、フィッティングしたいずれの球面収差成分もマレシャル基準である０．０７λに比べ十分に小さく、それらを合成した５〜３７Ｔｏｔａｌの波面収差値も十分に小さい。これは、図１４に示した残留収差の変動成分が通常の波面収差ではフィッティングが不可能なくらい激しく変動しており、逆に言えば通常の光学系ではこれらの成分が焦点面上で拡散して実用上影響しなくなる可能性が高いと考えられる。
【０１５８】
この激しく変動する成分は、Ｆｉｔ  ｅｒｒｏｒに反映されている。従来の位相シフトレンズではこの成分も評価指標に勘案されていたが、補正収差にデフォーカス成分を導入した本発明においてはそれが光軸上に離れた位置に遍在することが期待され、本発明では除外して評価してよいものと考えられる。
【０１５９】
また、表９の中段と下段は画角をつけた光の波面収差展開結果である。斜め入射光のため、軸上の評価結果になかった回転対称でない収差成分が付加されているため表示されている項数が増えている。こちらについても軸上収差と同様に５〜３７Ｔｏｔａｌの収差量はＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤとも十分に小さくなっている。したがって本質的には軸上のスポットで問題なければ画角の収差についても問題ないと考えられる。
【０１６０】
以下、スポット強度分布の評価結果について説明する。図１５は比較の基準となる専用レンズの計算結果である。ＢＤは波長が０．４０５μｍ、ＮＡが０．８５、ＤＶＤは波長が０．６６μｍ、ＮＡが０．６１、ＣＤは波長が０．７８５μｍ、ＮＡが０．４７であり、入射光強度は瞳面全体にわたって平らであると仮定している。
【０１６１】
上段は、スポット形状の鳥瞰図であり表示範囲はＢＤで２μｍ□、ＤＶＤで５μｍ□、ＣＤで８μｍ□である。図中、ＷＥＸは中心強度に対して強度が１／ｅ２になるスポット径をμｍ単位で示している。ＳＤＸは中心強度に対するサイドローブの強度の比である。
【０１６２】
Ｓ．Ｉ．はストレール強度であり、無収差中心強度で規格化した中心強度であり、この場合はいずれも１になる。下段は光軸方向のスポット中心強度値を示しており、フレア光が光軸方向にずれた焦点位置に集光していればピークが表れるものと考えられる。ここでは理想的なスポットであるため当然いずれもピークは現れていない。
【０１６３】
図１６は、本発明の第１の実施形態（設計例１）のレンズに、ＤＶＤ、ＣＤとも所定の有効光束径以外の領域を遮光する制限開口が付加されているという仮定のもとの計算結果である。すなわち有効口径範囲以外の不要な光が理想的に遮断される場合を想定している。これらはいずれも図１５とほぼ同等の計算結果となっており、フレア光が理想的に除去されればスポット形状は期待通りの性能が得られることを意味している。
【０１６４】
ＤＶＤ、ＣＤとも計算上はＢＤの有効径に対して制限開口を入れているため、ストレール強度はＢＤの有効径の無収差スポット中心強度に対して規格化されている。ＢＤのストレール強度は０．７３５であるが、ＤＶＤとＣＤのストレール強度が極端に低い値に見えているのはそのためである。規格化をそれぞれの有効径の無収差中心強度に対して行えば、ＤＶＤとＣＤのストレール強度は０．７０３、０．５０２となる。これらが実質的な光利用効率に相当し、従来の位相シフトレンズからは考えられない低い値であるが、集光性能としては十分であると考えられる。
【０１６５】
図１７は、同様にして、本発明の第１の実施形態（設計例１）のレンズに、制限開口を加えずにフレア光の影響が加わった状態で計算したスポット分布である。ＢＤについては図１６と同じであるのは自明であるが、ＤＶＤとＣＤについてはフレア光の影響で集光スポットがいずれもかなり小さくなってしまっている。
【０１６６】
光ディスクにおいては再生信号は集光スポットと情報ピットとの相対的な大きさの関係が維持されることが必要であり、集光スポットが小さすぎるのは好ましくない。またＣＤにおいては光軸方向にずれたところに大きなピークが発生していることがわかる。これは再生信号に対して悪影響を及ぼす可能性があり好ましくない。
【０１６７】
そこで、設計例２では、表６に示したように第２面のＢＤ専用領域にフレア対策輪帯をつけた。フレア対策輪帯は第２面の非球面形状を保ったまま、ＢＤ光のみに不感な位相シフト量が生じる輪帯段差を付加した。また設計例３では表７に示したようにＢＤ専用領域にはＢＤのみに不感な輪帯、ＢＤ／ＤＶＤ領域にはＢＤとＤＶＤにともに不感な輪帯を付加している。
【０１６８】
設計例２のレンズ形状と波面収差分布の計算結果を図１８に示す。図１４と比較すると、ＢＤの波面収差のＢＤ領域に若干の変動が生じているが、十分小さくＢＤ性能にはほとんど影響しないと考えられる。一方、ＤＶＤとＣＤの波面収差においてはＢＤ専用領域において隙間があいているように見える、波面収差の傾きが０となって極値を生じている領域に急峻な変動が加わっていることがわかる。これによりフレア光の影響低減を狙っている。
【０１６９】
図１９は、設計例２の集光スポット強度分布の計算結果である。図１７と比較してＤＶＤのスポット径とＣＤのスポット径が図１６の理想的な制限開口つきの条件に近付いていることがわかる。しかしながらＣＤの光軸方向にずれた所に発生しているピークの強度はあまり変化がない。そこで、設計例３ではＢＤ／ＤＶＤ領域にもフレア対策輪帯を追加する。
【０１７０】
図２０は、ＢＤ／ＤＶＤ領域にもフレア対策輪帯を追加した設計例３のレンズ形状と波面収差分布の計算結果である。図１８と比較すると、ＢＤ波面収差のＢＤ専用領域のゆらぎがやや大きくなってしまっているが、ＤＶＤとＣＤのＢＤ／ＤＶＤ領域の収差の変動がやや細かくなっている。
【０１７１】
図２１は、設計例３の集光スポット強度分布の計算結果である。図１９と比較すると、ＤＶＤの光軸方向にずれた位置でのピークが小さくなるとともに、ＣＤについても−３０μｍ付近のピークがやや小さくなり、フレア光の影響が改善されている。
【産業上の利用可能性】
【０１７２】
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。
【表１０】
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【表１１】
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【符号の説明】
【０１７３】
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透明媒質層（厚さｔ３）
【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】
0005613593.tif 000029
【図１７】
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【図１８】
0005613593.tif 000031
【図１９】
0005613593.tif 000032
【図２０】
0005613593.tif 000033
【図２１】
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