(57)【要約】【課題】３波長互換の対物レンズ機能と球面収差を補正する機能とを有し、光の利用効率が高く、かつ加工も容易な複合光学素子を提供する。【解決手段】複合光学素子は、少なくとも一方の表面に曲面形状を有し、レンズとして作用する単レンズ基板とその上に積層される樹脂層とを備え、単レンズ基板と前記樹脂層との境界面には光軸を中心とした同心円状に配置される段差により断面が階段状をなす第１の位相段差面が形成され、樹脂層のもう一方の表面には、光軸を中心とした同心円状に配置される段差により断面が階段状をなす第２の位相段差面が形成され、第１の位相段差面を構成する段差と第２の位相段差面を構成する段差は交互に配置されており、第１の位相段差面と第２の位相段差面とによる光学作用が、波長λ１の光に対しては凸レンズの作用であり、波長λ２の光と波長λ３の光に対しては凹レンズの作用である。【選択図】図１
2014010855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の表面に曲面形状を有し、レンズとして作用する単レンズ基板と、
前記単レンズ基板上に積層される樹脂層とを備え、
前記単レンズ基板と前記樹脂層との境界面には、光軸を中心とした同心円状に配置される高さ変化の方向が同一方向の段差により断面が階段状をなす第１の位相段差面が形成されており、
前記樹脂層の前記単レンズ基板との界面を構成していない側の表面には、光軸を中心とした同心円状に配置される高さ変化の方向が同一方向の段差により断面が階段状をなす第２の位相段差面が形成されており、
前記第１の位相段差面を構成する段差と前記第２の位相段差面を構成する段差とが、光軸から外周側へ向かう方向において、交互に配置されており、
前記第１の位相段差面と前記第２の位相段差面とによる当該２つの位相段差面を通過する光に対する光学的作用が、３種の光ディスクに対応した波長λ１、λ２およびλ３の光（λ１＜λ２＜λ３）のうち、波長λ１の光に対しては凸レンズの作用であり、波長λ２の光に対しては凹レンズの作用であり、波長λ３の光に対しては凹レンズの作用である
ことを特徴とする複合光学素子。
【請求項２】
前記単レンズ基板の屈折率は前記樹脂層の屈折率よりも小さく、
光線の進行方向に沿った前記樹脂層の厚みが、光軸を含む中心部で厚く外周に向かうほど薄くなっている
請求項１に記載の複合光学素子。
【請求項３】
前記第１の位相段差面と前記第２の位相段差面とによる波長λ１，波長λ２，波長λ３の光に対する有効範囲内での実効的な位相変調量の比が、２：−３：−４である
請求項１または請求項２に記載の複合光学素子。
【請求項４】
第１の光ディスクに用いる波長をλ１，第２の光ディスクに用いる波長をλ２、第３の光ディスクに用いる波長をλ３としたとき、
平行光で入射される波長λ１の光を前記第１の光ディスクに集光させ、平行光で入射される波長λ２の光を第２の光ディスクに集光させ、発散光で入射される波長λ３の光を第３の光ディスクに集光させる
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の複合光学素子。
【請求項５】
前記波長λ１は、３７５〜４３５ｎｍとなる４０５ｎｍ波長帯であり、前記波長λ２は、６３０〜６９０ｎｍとなる６６０ｎｍ波長帯であり、前記波長λ３は、７５０〜８１０ｎｍとなる７８０ｎｍ波長帯である
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の複合光学素子。
【請求項６】
４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８０ｎｍ帯の光を出射する光源と、
前記光源から出射された各々の波長帯の光を、各々の波長帯の光に対応した光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、
前記光ディスクの情報記録面において反射された信号光を検出する光検出器とを備え、
前記対物レンズとして、前記請求項１〜５のいずれかに記載の複合光学素子を備える
ことを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズ機能と球面収差の補正機能とを複合させた複合光学素子およびそれを用いた光ヘッド装置に関し、特に、使用条件の異なる複数の光情報記録媒体と互換性のある対物レンズ機能と、各々の光情報記録媒体の厚みの違いに起因する球面収差の補正機能とを複合させた複合光学素子およびそれを用いた光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクとして、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（登録商標。以下、ＢＤという。）、ＤＶＤ、ＣＤが幅広く普及している。これらＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤは、記録および再生に用いる光の波長だけでなくカバー層の厚み等諸々の条件が異なっている。
【０００３】
例えば、ＢＤはカバー層の厚みが０．１ｍｍの情報記録媒体に、波長４０５ｎｍの光源から出射された光をＮＡ（開口数）が０．８５の対物レンズを用いて集光させることにより情報の記録や再生を行う。
【０００４】
また、例えば、ＤＶＤはカバー層の厚みが０．６ｍｍの情報記録媒体に、波長６６０ｎｍの光源から出射された光をＮＡが０．６５の対物レンズを用いて集光させることにより情報の記録や再生を行う。
【０００５】
また、例えば、ＣＤはカバー層の厚みが１．２ｍｍの情報記録媒体に、波長７８０ｎｍの光源から出射された光をＮＡが０．４５の対物レンズを用いて集光させることにより情報の記録や再生を行う。
【０００６】
このような厚みや使用条件の異なる光ディスクに対して、１つの対物レンズを用いて使用波長の光を集光させることを考えた場合、各々の光情報記録媒体（以下、単に光ディスクという。）のカバー層の厚みの違いに起因する球面収差を補正して、各光ディスクへの良好な集光特性が得られるようにする必要がある。
【０００７】
また、各々の光ディスクの情報記録面に使用波長の光を集光させるために、対物レンズを光の光軸上で前後に移動させることがある。そのような場合、カバー層の厚み分を考慮して、対物レンズが光ディスク表面と接触しないように光ディスクとの間に一定の距離を確保した上で、各光ディスクへの良好な集光特性を得られるようにする必要がある。
【０００８】
このような問題に対応するため、対物レンズに入射する各々の波長の光ごとに発散角を調整する方法が提案されている。図１４は、各光ディスクへの良好な集光特性を得るために波長ごとに発散角を調整する方法を用いた光学系の例を模式的に示す模式図である。なお、図１４（ａ）はＢＤ用の光学系、図１４（ｂ）はＣＤ用の光学系を示している。
【０００９】
例えば、図１４（ａ）に示す例では、ＢＤ用の光学系においては、対物レンズ９０１をφ３ｍｍ、ＮＡ０．８５とし、該対物レンズ９０１と光ディスク９０２１（ＢＤ）との距離ＷＤ１を０．７ｍｍに設定し、ＢＤ用の波長の光９０３１を無限系すなわち発散角を０°で入射させて、カバー層の厚さが０．１ｍｍの光ディスク９０２１（ＢＤ）の情報記録面９１１に集光させる。
【００１０】
一方、同じ対物レンズ９０１を用いて、光ディスク９０２２（ＣＤ）に対応させようとする場合、対物レンズ９０１に、光源９０４からのＣＤ用の波長の光９０３２を発散光として入射することにより、カバー層の厚さ１．２ｍｍの光ディスク９０２２（ＣＤ）の情報記録面９１１に球面収差の補正が可能な状態で集光させることができる。
【００１１】
しかし、ＣＤ用の光学系において、対物レンズ９０１と光ディスク９０２２（ＣＤ）との距離ＷＤ２を、例えば０．３ｍｍ確保しようとした場合、光源と対物レンズとの距離Ｌが１５ｍｍと短くなるため、光源９０４と光ディスク９０２２の間の光路内に他の光学部品を配置することが困難となる。また、ＢＤとＣＤとでは反射した光の集光位置も異なるので、これらの光を検出する光検出器を各々の光学系に対して設ける必要があり、光ディスクの記録および再生を行う信号処理回路が複雑になるという問題があった。
【００１２】
これらの問題に対応するため、特許文献１には、ＤＶＤやＣＤに対応する各々の波長の光に対して独立に回折作用を与えて各々の波長の光に対して好適な発散角にでき、かつ球面収差を補正するような位相分布を付加できる回折光学素子を光学系中に配置することで、１つの回折光学素子を用いて異なる３つの規格の光ディスクにおける情報の記録および再生を行う光ピックアップ装置が記載されている。
【００１３】
また、特許文献２には、光学素子と屈折型レンズからなる複合対物レンズであって、光学素子の少なくとも内周部分に光学的な段差であって、段差の形状が最内周から外周側へ向かって同一方向の高さ変化の段差を作成することによって、少なくとも２つの波長の光に対して異なる集光作用を発現させ、それによりＤＶＤとＢＤ、さらにＣＤも含めた互換再生を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１１−１５０７８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４０１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１に記載されている方法によれば、ＣＤ用の光学系において対物レンズと光ディスクとの間の距離、すなわち作動距離を確保しながら、異なる３種類の規格の光ディスクに対して好適に光を集光させることが可能である。しかし、特許文献１に記載されている方法では、回折光学素子と対物レンズとを別個に設置する必要があり、対物レンズ等に対する位置あわせを精密に行う必要があり、量産性が低くなるという問題があった。また、ＣＤ用の光を回折させるために断面が矩形状となるバイナリー格子を用いており、そのため±１次回折光のうち一方の回折光のみを利用することから光の利用効率が低いという問題があった。
【００１６】
また、特許文献２に記載されている方法によれば、各波長の光が好適な焦点距離を結ぶように設計された所定の位相差を生じさせる段差を設けることにより、単一の樹脂性複合対物レンズによって異なる３つの規格の光ディスクにおける情報の記録および再生を行う光ピックアップ装置を実現できる。しかし、特許文献２に記載された１層の位相段差を設ける構造では、用いる材料によって波長ごとの位相差がほぼ限定されてしまうことから、所望の集光機能を発現させるために必要とされる段差の数が多くなるという問題があった。段差の数が多くなればそれだけ微細加工が必要となり、製造時の困難性が増すとともに、歩留まりが低下する要因にもなる。
【００１７】
そこで、本発明は、複数の光情報記録媒体と互換性を持つ対物レンズの機能と複数の光情報記録媒体のカバー層の厚みに起因する球面収差を補正する球面収差補正機能とを有し、光の利用効率が高く、かつ加工も容易な複合光学素子の提供を目的とする。また、そのような複合光学素子を用いて、使用波長やカバー層の厚み等により使用条件が異なる３種の規格の光情報記録媒体に対して好適に光を集光させることが可能な光ヘッド装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明による複合光学素子は、少なくとも一方の表面に曲面形状を有し、レンズとして作用する単レンズ基板と、単レンズ基板上に積層される樹脂層とを備え、単レンズ基板と樹脂層との境界面には、光軸を中心とした同心円状に配置される高さ変化の方向が同一方向の段差により断面が階段状をなす第１の位相段差面が形成されており、樹脂層の単レンズ基板との界面を構成していない側の表面には、光軸を中心とした同心円状に配置される高さ変化の方向が同一方向の段差により断面が階段状をなす第２の位相段差面が形成されており、第１の位相段差面を構成する段差と第２の位相段差面を構成する段差とが、光軸から外周側へ向かう方向において、交互に配置されており、第１の位相段差面と第２の位相段差面とによる当該２つの位相段差面を通過する光に対する光学的作用が、３種の光ディスクに対応した波長λ１、λ２およびλ３の光（λ１＜λ２＜λ３）のうち、波長λ１の光に対しては凸レンズの作用であり、波長λ２の光に対しては凹レンズの作用であり、波長λ３の光に対しては凹レンズの作用であることを特徴とする。
【００１９】
また、単レンズ基板の屈折率は樹脂層の屈折率よりも小さく、光線の進行方向に沿った樹脂層の厚みが、光軸を含む中心部で厚く外周に向かうほど薄くなっていてもよい。
【００２０】
また、第１の位相段差面と第２の位相段差面とによる波長λ１，波長λ２，波長λ３の光に対する有効範囲内での実効的な位相変調量の比が、２：−３：−４であってもよい。
【００２１】
第１の光ディスクに用いる波長をλ１，第２の光ディスクに用いる波長をλ２、第３の光ディスクに用いる波長をλ３としたとき、平行光で入射される波長λ１の光を第１の光ディスクに集光させ、平行光で入射される波長λ２の光を第２の光ディスクに集光させ、発散光で入射される波長λ３の光を第３の光ディスクに集光させてもよい。
【００２２】
波長λ１は、３７５〜４３５ｎｍとなる４０５ｎｍ波長帯であり、波長λ２は、６３０〜６９０ｎｍとなる６６０ｎｍ波長帯であり、波長λ３は、７５０〜８１０ｎｍとなる７８０ｎｍ波長帯であってもよい。
【００２３】
本発明による光ヘッド装置は、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８０ｎｍ帯の光を出射する光源と、光源から出射された各々の波長帯の光を各々の波長帯の光に対応した光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、光ディスクの情報記録面において反射された信号光を検出する光検出器とを備え、対物レンズとして、上述の複合光学素子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数の光情報記録媒体と互換性を持つ対物レンズの機能と複数の光情報記録媒体のカバー層の厚みに起因する球面収差を補正する球面収差補正機能とを有し、光の利用効率が高く、加工が容易な複合光学素子を提供できる。また、本発明によれば、使用波長やカバー層の厚み等により使用条件が異なる３種の規格の光情報記録媒体に対して好適に光を集光させることが可能な光ヘッド装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の複合光学素子１０の例を示す模式断面図である。
【図２】位相段差の例として高さｈの段差によって区切られる２つの領域間で生じる光路差を模式的に示す説明図である。
【図３】レンズ基板１の材料と樹脂層２の材料の屈折率の例を示す説明図である。
【図４】素子面内における中心からの位置と波長λ１の光に対する実質的な位相変調量との関係の一例を示す説明図である。
【図５】素子面内における中心からの位置と波長λ２の光に対する実質的な位相変調量との関係の一例を示す説明図である。
【図６】素子面内における中心からの位置と波長λ３の光に対する実質的な位相変調量との関係の一例を示す説明図である。
【図７】波長λ１の光において生じる位相変調量を光学的な波面形状に模して示す説明図である。
【図８】波長λ２の光において生じる位相変調量を光学的な波面形状に模して示す説明図である。
【図９】波長λ３の光において生じる位相変調量を光学的な波面形状に模して示す説明図である。
【図１０】位相段差１１，１２の作用と、該位相段差１１，１２を単レンズ基板上に設けた複合光学素子１０の対物レンズとしての効果を模式的に示す説明図である。
【図１１】本実施形態の複合光学素子１０を備えた光ヘッド装置の光学系の例を示す説明図である。
【図１２】第１の実施例の複合光学素子１０が備える位相段差１１、１２の作用を示す説明図である。
【図１３】本実施例の複合光学素子１０の対物レンズとしての光学仕様を示す説明図である。
【図１４】発散角により対物レンズにＣＤとＢＤとの互換性を持たせた光学系の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の複合光学素子１０の例を示す模式断面図である。図１（ａ）は、本発明の複合光学素子１０の断面を模式的に示す模式断面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）において破線で囲んだ領域を拡大して示す要部拡大断面図である。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、本発明の複合光学素子１０は、レンズとして作用する両面が非球面形状の透明基板１（以下、レンズ基板１という。）の一方の面に樹脂層２が積層されている。ここで、図１（ｂ）に示すように、レンズ基板１と樹脂層２の界面は、光軸から離れるに従って当該面の高さが階段状に変化する輪帯群を有する形状となっている。すなわち、断面形状が、光軸を中心とした同心円状に配置される複数の段差を含んだ階段形状となっている。また、樹脂層２のレンズ基板１と接していない側の表面も、光軸から離れるに従って当該面の高さが階段状に変化する輪帯群を有する形状となっている。換言すると、複合光学素子１０は、レンズ基板１と樹脂層２の境界面に位相段差１１を有するとともに、樹脂層２と外界である空気層の境界面に位相段差１２を有する構成となっている。
【００２８】
本発明の位相段差とは、異なる屈折率を有する光学層の境界面に１つ以上の段差が設けられた構造、またはそのような構造を作り出している一方の光学面に施された階段状の構造体をいい、１つの段差によって区切られた２つの領域に入射する光線に対して所定の光路差を付与するものをいう。以下、位相段差として一方の光学層の表面に施された階段状の構造体を指す場合には「位相段差構造」という場合がある。なお、本実施形態においては、位相段差構造１１といった場合には、位相段差１１を構成する光学層すなわちレンズ基板１と樹脂層２のうちより出射側に位置するレンズ基板１の表面に施された段差の集合体よりなる階段状の構造体を指す。また、位相段差構造１２といった場合には、位相段差１２を構成する光学層すなわち樹脂層２と空気層のうちより出射側に位置する樹脂層２の表面に施された段差の集合体よりなる階段状の構造体を指す。また、輪帯部といった場合には、位相段差構造において段差によって区切られた各領域のうち上面から見た際に輪帯形状をなしている部分をいう。なお、中心部といった場合には位相段差構造において光軸を含む領域をいう。そして、本発明において位相段差面とは、位相段差構造における光学層の境界面のうち実質的に光線に位相差を与える面であり、段差の側壁は含まない。
【００２９】
本実施形態の位相段差構造１１および１２の、中心部およびその外側の各輪帯部の表面形状は、いずれも非球面である。また、位相段差構造１１および１２は、高さ変化の方向が同一方向すなわち増加方向もしくは減少方向のいずれか一方である複数の段差が規則的に配置されており、断面が階段形状をなしている。より具体的には、レンズ基板１に対して樹脂層２側を上としてみた場合に、位相段差構造１１は、中心部を最下段として該中心部より外側に向かって各々高さｈ１の段差により輪帯部の高さが単調増加する階段形状となっており、位相段差構造１２は、中心部を最上段として該中心部より外側に向かって各々高さｈ２の段差により輪帯部の高さが単調減少する階段形状となっている。なお、段差の高さは、光線の進行方向における長さ、より具体的には、当該位相段差の入射面に入射した３波長光線の進行方向の平均的な方向における長さでみる。さらに、本実施形態では、段差の傾斜方向すなわち輪帯部の側壁の傾斜方向は、光線方向と略平行とする。なお、略平行とは３波長光線方向の平均的な方向に設定することをいう。
【００３０】
図１（ｂ）における一点鎖線は、図面下方から光が入射した場合の位相段差１２の入射面上の任意の入射点における光の光線方向を示している。図１（ｂ）に示すように、位相段差構造１１と１２とは、光線の進行方向に沿ってみた場合に、互いの段差位置が略半ピッチずれて形成されている。図１（ｂ）の例では、光軸から外周側へ向かって、始めに位相段差構造１１の段差があり、次に位相段差構造１２の段差があり、その次に位相段差構造１１の段差があるといった具合に、交互に段差が配置される構造となっている。例えば、図１（ｂ）に示す例のように、位相段差構造１１の中心部をｍ１０、その外側の輪帯部を順にｍ１１，ｍ１２，・・・とし、位相段差構造１２の中心部をｍ２０、その外側の輪帯部を順にｍ２１，ｍ２２，・・・とする。例えば、位相段差構造１１の中心部ｍ１０とその外側の輪帯部ｍ１１を区切る段差は、光線方向に沿ってみた場合、位相段差構造１２の中心部ｍ２０の幅を半分に分割する位置にある。同様に、位相段差構造１２の中心部ｍ２０とその外側の輪帯部ｍ２１を区切る段差は、光線方向に沿ってみた場合、位相段差構造１１の輪帯部ｍ１１の幅を半分に分割する位置にある。また、位相段差構造帯１１の輪帯部ｍ１１とその外側の輪帯部ｍ１２を区切る段差は、光線方向に沿ってみた場合、位相段差構造１２の輪帯部ｍ２１の幅を半分に分割する位置にある。なお、図１に示す例では、光軸からの距離でみた場合に最初に位相段差構造１１の段差がある例を示しているが、位相段差構造１２の段差が先であってもよい。
【００３１】
なお、樹脂層２の光源側表面、およびレンズ基板１の光ディスク側表面には、入射する光の波長に対応した反射防止膜が形成されていてもよい。すなわち、当該複合光学素子１０が対応する光ディスクに用いられる波長がλ１，λ２，λ３であれば、波長λ１，λ２，λ３の光の透過率を向上させる反射防止膜を形成すればよい。なお、樹脂層２の光源側表面に反射防止膜が形成される場合であっても、膜厚が１μｍ以下であれば位相段差１２は空気層と樹脂層２との組み合わせによる位相段差として実質的に作用する。
【００３２】
位相段差１１および１２において段差によって区切られた２つの領域に入射する光線に対して発生させる光路差は、樹脂層２に用いる材料の選定と合わせて、当該複合光学素子１０の使用条件に応じて適宜設定される。
【００３３】
以下では、本実施形態の複合光学素子１０に、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤのカバー層の厚みの違いに起因する球面収差を補正して、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤとの互換性を有する対物レンズ機能を具備させることを目的として、位相段差１１，１２の各種パラメータを決定した例を示す。対物レンズ機能とは、具体的には、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤに対して情報の記録および再生ができることである。位相段差１１，１２としては、光が透過する位置に応じた光路差が付加された結果、波長λ１の光に対しては凸レンズとして作用するように当該２段の位相段差構造を通過した光の実効的な波面形状が変更され、波長λ２およびλ３の光に対しては凹レンズ作用するように当該２段の位相段差構造を通過した光の実効的な波面形状が変更されればよい。
【００３４】
ここで、複合光学素子１０に適用させる３種の光ディスクに用いる波長をλ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）とし、またそれら３種の光ディスクにおけるカバー層の厚さをｔ１、ｔ２、ｔ３とする。本例では、第１の光ディスクであるＢＤに用いられる波長λ１＝４０５ｎｍ、第２の光ディスクであるＤＶＤに用いられる波長λ２＝６６０ｎｍ、第３の光ディスクであるＣＤに用いられる波長λ３＝７８５ｎｍとする。また、第１の光ディスク（ＢＤ）のカバー層の厚みｔ１＝０．１ｍ、第２の光ディスク（ＤＶＤ）のカバー層の厚みｔ２＝０．６ｍｍ、第３の光ディスク（ＣＤ）のカバー層の厚みｔ３＝１．２ｍｍとする。なお、波長λ１，λ２，λ３の具体的数値は設計波長として用いる波長の例であり、使用波長は以下のような幅をもった波長であってもよい。例えば、ＢＤに用いられる波長帯としては３９５〜４１５ｎｍが挙げられる。また、ＤＶＤに用いられる波長帯としては６４０〜６８０ｎｍが挙げられる。また、ＣＤに用いられる波長帯としては７６０〜８１０ｎｍが挙げられる。なお、使用波長を波長帯とする場合であっても、その中心波長を設計波長として用いて位相段差１１，１２の各種パラメータを決定すればよい。
【００３５】
このとき、対物レンズのＮＡは、第１の光ディスクでは０．８５、第２の光ディスクでは０．６５、第３の光ディスクでは０．４５である。
【００３６】
まず、図２を参照しながら位相段差の光学的作用について説明する。図２は、位相段差の例として高さｈの段差によって区切られる２つの領域間で生じる光路差を模式的に示す説明図である。図２に示す例では、材料ｍａとｍｂとの境界面に高さｈの段差が設けられている。このような高さｈの段差によって区切られる２つの領域に各々入射した２つの光線に生じる波面の光路差は、位相段差を構成する２つの光学層の屈折率差と段差の高さの積に等しい。すなわち、材料ｍａの屈折率をｎａ、材料ｍｂの屈折率をｎｂとすると、波長λ１に対する光路差は、以下の式（１）によって表される。
【００３７】
（ｎｂ（λ１）−ｎａ（λ１））×ｈ  ・・・式（１）
【００３８】
なお、式（１）で示される光路差は、段差によって分割された２つの領域に入射された光の２つの道筋の光学距離の純粋な差である。位相段差全体における光路差を説明するために、以下では、光軸よりの領域に入射した光線の光学距離を基準として、その外側の領域に入射した光線の光学距離の増減量をいうものとする。
【００３９】
なお、本実施形態の複合光学素子１０は位相段差が２段設けられているので、２つの位相段差による光路差を足したものが最終的な光路差となる。なお、本実施形態では、位相段差構造１１と１２とで互いの段差位置が略半ピッチずれるように形成されているため、光軸から外周側に向かって、位相段差構造１１，１２のいずれかの段差によって区切られる領域ごとに光路差が生じる。以下、このように光学的に位相差を生じさせるよう分割された領域の単位を「光路差発生単位」という。本実施形態では、位相段差構造１１，１２における段差数をそれぞれｎとすると、２つ合わせて段差数２ｎとなる。すなわち、光軸から外周に向かって２ｎ個の段差によって区切られた光路差発生単位ごとに光路差が生じる。なお、図１（ｂ）に示す例では、光軸から外周に向かってｍｍ０，ｍｍ１，ｍｍ２，ｍｍ３，・・・として示されている各領域が光路差発生単位に相当する。
【００４０】
図３は、レンズ基板１の材料と樹脂層２の材料の屈折率の例を示す説明図である。本実施形態では、レンズ基板１として、加工が容易なプラスチックレンズを考える。プラスチックレンズの材料は、ポリオレフィン系や、シクロオレフィン系の樹脂などが挙げられる。オレフィン系樹脂の場合、波長λ１の屈折率は約１．５２５である。なお、波長λ２の屈折率は約１．５０７であり、波長λ３の屈折率は約１．５０４である。
【００４１】
一方、樹脂層２の材料は、後述するように、波長λ１、λ２、λ３における位相差変調量が所望の比率になるようにレンズ基板１の屈折率に応じて選択すればよい。なお、レンズ基板１の材料に比して屈折率差が大きいものや波長分散が異なるものがより好ましい。例えば、芳香族系炭化水素や脂肪族系炭化水素、フッ素系炭化水素、硫黄系炭化水素を含む樹脂材料やこれらに、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５等の低アッベ数の無機微粒子やＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等の高アッベ数の無機微粒子を含むものを使用できる。芳香族系炭化水素は紫外線の波長領域において吸収を有する場合があり、波長が４０５ｎｍ近傍において急峻な屈折率分散を得ることが可能である。しかし、芳香族系炭化水素は、４０５ｎｍの波長の光が照射された際に劣化しやすい傾向にあり、これを避けるためにフェニルシラン構造等の４０５ｎｍの波長に対して劣化耐性のある構造を含むものがより好ましい。また脂肪族系炭化水素は緩やかな屈折率分散が得られるが、屈折率が低くなる傾向にあるため、アダマンタン構造やジアマンタン構造等の材料を含めることにより屈折率を高めて、低アッベ数材料との屈折率の調整を行うことが好ましい。
【００４２】
例えば、樹脂層２の材料として、ビフェニルシラン構造を含む樹脂を用いる場合、波長λ１の屈折率は約１．６６８である。なお、波長λ２の屈折率は約１．６１１であり、波長λ３の屈折率は約１．６０４である。
【００４３】
このような材料を用いることを前提に、本実施形態では、まず位相段差構造１１の段差の高さｈ１および位相段差構造１２の段差の高さｈ２を、１つの段差によって区切られた２つの領域間に生じる波長λ１に対する光路差が約１．２５λ１となるように定める。光路差は特に１.２５λ１に限定されることは無く、以下の説明のように、波長λ１、λ２、λ３における実質的な位相差及び波面が所望の大きさや傾きを得られればよい。
【００４４】
位相段差１１において、レンズ基板１の材料としてオレフィン系樹脂の場合を用いる場合、ｎａ（λ１）≒１．５２５である。また、樹脂層２の材料としてビフェニルシラン構造を含む樹脂を用いる場合、ｎｂ（λ１）≒１．６６８である。すると、式（１）より、ｈ１≒３．５μｍとなる。以下では、一設計例として、ｈ１＝３．５５０μｍとする。ここで、ｎａ（λ１）は波長λ１の屈折率ｎａを表し、ｎｂ（λ１）は波長λ１の屈折率ｎｂを表す。
【００４５】
ｈ１＝３．５５０μｍとすると、ｎａ（λ２）≒１．５０７、ｎｂ（λ２）≒１．６１１であるので、λ２に対する光路差は約０．５６λ２となる。また、ｎａ（λ３）≒１．５０４、ｎｂ（λ３）≒１．６０４であるので、λ３に対する光路差は約０．４５λ３となる。ここで、ｎａ（λ２）は波長λ２の屈折率ｎａを表し、ｎｂ（λ２）は波長λ２の屈折率ｎｂを表し、ｎａ（λ３）は波長λ３の屈折率ｎａを表し、ｎｂ（λ３）は波長λ３の屈折率ｎｂを表す。
【００４６】
位相段差１２では、境界に接する２つの材料の一方は樹脂層２の材料であり、他方は空気であるので、１つの段差によって区切られた２つの領域間に生じる波長λ１に対する光路差が約１．２５λ１となる段差の高さは、式（１）より、ｈ２≒０．７６μｍとなる。以下では、一設計例として、ｈ２＝０．７６μｍとする。
【００４７】
ｈ２＝０．７６μｍとすると、λ２に対する光路差は約０．７０λ２、λ３に対する光路差は約０．５８λ３となる。
【００４８】
位相段差１１と１２とを足し合わせると、光路差発生単位ごとの波長λ１の中心に対する光路差は、｛約１．２５λ１，約２．５λ１，約３．７５λ１，約５．０λ１，・・・｝というように光軸から外周へ向かって約１．２５λ１ずつ加算されていく計算となる。
【００４９】
光の波としての性質から、隣接する領域間での波長の整数倍の差は等価とみなせるので、実質的な位相変調量は、中心から光路差発生単位を移るごとに｛約０．２５λ１，約０．５λ１，約０．７５λ１，約１．０λ１，・・・｝となる（図４参照）。図４は、素子面内における中心からの位置と波長λ１の光に対する実質的な位相変調量との関係の一例を示す説明図である。図４において、位相段差１１と１２とによって実際に付与される光路差を破線で示し、実質的な位相変調量を実線で示している。本例によれば、光路差発生単位４つで１×λ１の光路差を与えることができることがわかる。本実施形態の複合光学素子１０では、光路差発生単位を区分けしている段差数は２ｎであるので、中心に対する光路差は最大でｎ／２×λ１となる。
【００５０】
波長λ２，λ３に対しても、各々の波長に対する屈折率差に応じた光路差が付与される。図５は、素子面内における中心からの位置と波長λ２の光に対する実質的な位相変調量との関係の一例を示す説明図である。なお、図５においても、位相段差１１と１２とによって実際に付与される光路差を破線で示し、実質的な位相変調量を実線で示している。図５に示すように、光路差発生単位ごとの波長λ２の中心に対する光路差は、｛約０．５６λ２，約１．２６λ２，約１．８２λ２，約２．５２λ２，・・・｝というように光軸から外周へ向かって約０．５６λ２と約０．７０λ３が交互に加算されていく計算となる。その結果、実質的な位相変調量は、中心から光路差発生単位を移るごとに｛約−０．４４λ２，約−０．７３λ２，約−１．１８λ２，約−１．４８λ２，・・・｝となる。なお、本例は、光軸に最も近い段差が位相段差１１の場合の例である。
【００５１】
また、図６は、素子面内における中心からの位置と波長λ３の光に対する実質的な位相変調量との関係の一例を示す説明図である。図６において、位相段差１１と１２とによって実際に付与される光路差を破線で示し、実質的な位相変調量を実線で示している。図６に示すように、光路差発生単位ごとの波長λ３の中心に対する光路差は、｛約０．４５λ３，約１．０３λ３，約１．４８λ３，約２．０７λ３，・・・｝というように光軸から外周へ向かって約０．５８λ３と約０．４５λ３が交互に加算されていく計算となる。その結果、実質的な位相変調量は、中心から光路差発生単位を移るごとに｛約−０．５５λ３，約−０．９７λ３，約−１．５２λ３，約−１．９３λ３，・・・｝となる。なお、本例は、光軸に最も近い段差が位相段差１１の場合の例である。
【００５２】
これらの実質的な位相変調量を光学的な波面形状としてみると、図７〜図９に示す形状となる。図７は、波長λ１の光において生じる位相変調量を光学的な波面形状に模して示す説明図である。図８は、波長λ２の光において生じる位相変調量を光学的な波面形状に模して示す説明図である。図９は、波長λ３の光において生じる位相変調量を光学的な波面形状に模して示す説明図である。図７〜９において、位相段差１１と１２により生じる位相変調の様子は階段状の実線で示されるが、光は波の性質を備えており、位相段差の各点つまり階段状の実線上の各点を起点に球面状の２次波が発生し伝播すると考えると、位相段差構造の大きさに比べて十分離れた位置で見ると、位相段差を透過した光の実質的な波面は２次波の包絡線で考えればよいので、図中の傾斜した直線に近似できる。
【００５３】
このように、位相段差構造１１の高さ変化の方向を、光軸から離れるに従ってレンズ基板１の厚みが増す方向とし、かつ位相段差構造１２の高さ変化の方向を、光軸から離れるに従って樹脂層２の厚みが減る方向とすれば、波長λ１の位相差は中心から外周に向かうに従ってより進む向きすなわち＋方向に変調されるため、正のパワーすなわち凸レンズの作用を与えることができる。一方、波長λ２およびλ３の位相差は、λ１と符号が逆方向、すなわち中心から外周に向かうに従ってより後退する、すなわち−方向に位相差が与えられるため、負のパワーすなわち凹レンズの作用を与えることができる。
【００５４】
なお、上記例では、３種の光ディスクに用いられる３種の波長帯における中心波長を設計波長として適用し、それら設計波長の光に対して所望の集光特性が得られるよう位相段差の材料や各種パラメータを決定する例を示したが、中心波長以外の波長を設計波長としてもよい。その場合においても、設計波長とするλ１、λ２、λ３を範囲内の数値において所望の集光特性が得られるように、樹脂層２の材料の選定や、各位相段差の高さや段差の数を調整すればよい。一例として、位相段差１１と１２とを合わせた結果、光路差発生単位４つ分の領域内の波長λ１、λ２、λ３に作用する実質的な位相変調量の比が、概ね２：−３：−４となれば、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ互換のある光ヘッド装置の光学系における対物レンズ機能を担う複合光学素子１０の集光性能として好ましい。
【００５５】
本実施形態によれば、位相段差を２段構成とし、かつそれらの一方の材料層を屈折率や波長分散を任意に選択できる樹脂層としているので、所定領域内における波長λ１、λ２、λ３に作用する実質的な位相変調量の比を２：−３：−４というように、λ１とλ３との間のパワーの差が大きくできる。これは、位相段差を２段構成とし、かつそれらの一方の材料層を屈折率や波長分散を任意に選択できる樹脂層としたためである。例えば、従来のプラスチックレンズ表面に位相段差を設ける１段構成の場合、プラスチックレンズの材料と空気層との屈折率差の波長差をそれほど大きくできない。多くの場合、１つの段差によって波長λ１、λ２、λ３に作用する実質的な位相変調量の比は、２：−２：−３程度にしかならず、必要な集光特性を得ようとすると段差ピッチを小さくして段差の数を多くする必要があった。段差数が多くなると素子の厚みが増すだけでなく段差ピッチを小さくしたことによって加工の困難性も増すので好ましくない。それに対して、本実施形態の構成によれば、位相段差を２段構成としていることから、同じ段差ピッチとしても実質的に２倍の光路差発生単位を設けることができ、かつ位相段差を構成する一方の材料の屈折率および波長分散を任意に選ぶことができるので、段差ピッチを小さくしなくても同じまたはより良好な集光特性を得られる。なお、２段構成とすることで製造プロセスは増えるが、各位相段差における段差ピッチを大きくできるため、製造が容易である。このため、歩留まり率も高い値を維持できる。
【００５６】
次に、本実施形態の複合光学素子１０を利用した光ヘッド装置の光学系について説明する。ＮＡ０．８５、入射瞳直径３．０ｍｍのＢＤ専用の対物レンズの焦点距離は、正弦条件を満たす場合、約１．７６５ｍｍになる。
【００５７】
例えば、ＢＤ専用対物レンズでＤＶＤ、ＣＤに集光させるには、カバー層の厚みの違いに起因する焦点位置（デフォーカス）と球面収差を補正する必要がある。ＢＤ専用対物レンズを用いた光学系で焦点距離と球面収差とを同時に充足させるためには、対物レンズに発散光を入射するとともに、作動距離（図１４のＷＤ１，２参照）を調整する必要がある。作動距離とは、焦点を合わせた時の対物レンズの先端から光ディスクまでの距離をいう。しかし、実際の光ヘッド装置において、必要とする発散光を得ることは現実的でないため、ＢＤ専用レンズでＤＶＤ、ＣＤに集光させることは困難である。
【００５８】
本実施形態の複合光学素子１０は、上述したように、波長λ１で凸レンズ、波長λ２およびλ３で凹レンズとして作用する。このため、位相段差を形成していない単レンズに比べて、波長λ１では焦点距離を短くでき、波長λ２およびλ３では焦点距離を長くできる。図１０は、本実施形態の複合光学素子１０の対物レンズとしての効果を模式的に示す説明図である。なお、図示省略しているが、複合光学素子１０には、位相段差１１，１２が単レンズ基板上に設けられている。図１０（ａ）は、波長λ１の光に対する効果を示し、図１０（ｂ）は波長λ２の光に対する効果を示し、図１０（ｃ）は波長λ３の光に対する効果を示している。図１０において、白丸印は、位相段差１１，１２を形成しなかった場合のレンズ基板１（以下、ベースレンズという。）単体での焦点位置を示し、黒丸印は、位相段差１１，１２が形成された場合の複合光学素子１０としての焦点位置を示している。
【００５９】
本実施形態の複合光学素子１０は、位相段差１１，１２によって波長λ１の光に対して正のパワーすなわち凸レンズの作用を与えることができる一方で、波長λ２およびλ３の光に対しては負のパワーすなわち凹レンズの作用を与えることができるので、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、波長λ１の光に対しては位相段差を設けない構成と比べて焦点距離が短くなる一方で、波長λ２およびλ３の光に対しては位相段差を設けない構成と比べて焦点距離が長くなるという効果が得られる。
【００６０】
例えば、設計例として挙げた屈折率の材料および段差の高さによって複合光学素子１０を構成する場合、ＣＤの有効範囲に実質的な段差を８４段すなわち各位相段差で４２段ずつ設ければ、波長λ１の光に対しては１段あたり０．２５λ１の位相差を付与できるので、８４段では２１λ１（ただしＰｅａｋ  ｔｏ  Ｖａｌｌｅｙ）の正のパワーが与えられる。同様に、波長λ２の光に対しては−３０λの負のパワー、波長λ３の光に対しては−４０λの負のパワーが与えられる。
【００６１】
したがって、本実施形態の複合光学素子１０において、位相段差１１、１２によって与えられる波長λ１の光に対する凸レンズ作用を合算させた結果の合成焦点距離がＢＤ専用レンズと等しくなるよう、ベースレンズの焦点距離を長めに設計すれば、ＢＤに集光させることができる。
【００６２】
また、波長λ２の光に対しては、波長λ１の光に対する凸レンズ作用によりベースレンズの焦点距離が長くできるのに加えて、位相段差１１，１２による波長λ２の光に対する凹レンズ作用により合成焦点距離を更に長くできるので、同じ複合光学素子１０でカバー層の厚み分を十分にカバーでき、入射光が平行光である無限系の光入射でＤＶＤに集光させることができる。
【００６３】
また、波長λ３の光に対しても、位相段差１１，１２によって波長λ２の光に対する作用と同じ凹レンズ作用を生じさせられるが、無限系の光入射でＣＤに集光させた場合、ＣＤのカバー層の厚みから作動距離があまりに短いと、ＣＤと対物レンズである当該複合光学素子１０とが衝突する可能性が高くなり好ましくない。例えば、ＣＤに用いる波長λの光については、入射光を発散光にして適正な作動距離を確保してもよい。本実施形態の複合光学素子１０を用いれば、物点位置（物点距離ともいう）１００〜１２０ｍｍ程度の有限系にするだけで適正な作動距離を確保できる。この程度の物点位置に相当する発散光であれば、球面収差用のコリメートレンズを光軸に平行な方向に沿って移動させる移動手段を設けることで容易に得られる。
【００６４】
図１１は、本実施形態の複合光学素子１０を備えた光ヘッド装置の光学系の例を示す説明図である。図１１において、符号２１は波長λ１の光線を示している。また、符号２２は波長λ２の光線を示している。また、符号２３は波長λ３の光線を示している。また、符号３１は第１の光ディスク（ＢＤ）である。また、符号３２は第２の光ディスク（ＤＶＤ）である。また、符号３３は第３の光ディスク（ＣＤ）である。なお、光ヘッド装置としては、この他に、ＢＤの使用波長であるλ１の光と、ＤＶＤの使用波長であるλ２の光と、ＣＤの使用波長であるλ３の光とを出射する光源と、光ディスクの情報記録面において反射された信号光を検出する光検出器とを備えている。
【００６５】
図１１に示す例では、ＢＤの使用波長であるλ１の光と、ＤＶＤの使用波長であるλ２の光については無限系を用い、ＣＤの使用波長であるλ３の光については有限系を用いていることで、ＣＤとの作動距離ＷＤ３を確保している。なお、ベースレンズの焦点距離と位相段差１１，１２が与える波長λ１、λ２、λ３に対する位相変調量の比とを調整すれば、いずれの波長についても無限系の光入射でＣＤ使用時における作動距離、例えば、０．３ｍｍ以上を確保することも可能である。また、この他にも、ＤＶＤの使用波長であるλ２の光とＣＤの使用波長であるλ３の光について有限系を用いたり、逆にＤＶＤの使用波長であるλ２の光とＣＤの使用波長であるλ３の光について無限系を用いてＢＤの使用波長であるλ１の光について有限系を用いる構成も挙げられる。
【００６６】
実施形態２．
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、複合光学素子１０のレンズ基板１上および樹脂層２上に設ける位相段差構造１１、１２の段差の高さおよび段差ピッチは素子の有効範囲内においては一定であった。すなわち、第１の光学層であるレンズ基板１と第２の光学層である樹脂層２のぞれぞれの層の表面において光が入射する領域である有効領域内全域にわたって、各輪帯部の幅および高さ変化が一様な位相段差構造が設けられる例を示した。本実施形態の複合光学素子２０は、レンズ基板１上および樹脂層２上に設ける位相段差構造１１、１２の段差の高さを、光ディスクの有効範囲ごとに変化させる。
【００６７】
例えば、ＣＤの有効範囲内における位相段差構造１１の段差の高さをｈ１１、ＣＤの有効範囲外であってＤＶＤの有効範囲内における位相段差構造１１の段差の高さをｈ１２、ＤＶＤの有効範囲外であってＢＤの有効範囲内における位相段差構造１１の段差の高さをｈ１３として、それぞれを異なる値としてもよい。
【００６８】
同様に、ＣＤの有効範囲内における位相段差構造１２の段差の高さをｈ２１、ＣＤの有効範囲外であってＤＶＤの有効範囲内における位相段差構造１２の段差の高さをｈ２２、ＤＶＤの有効範囲外であってＢＤの有効範囲内における位相段差構造１２の段差の高さをｈ２３として、それぞれを異なる値としてもよい。
【００６９】
なお、段差ピッチは、２つの位相段差構造の合計段差数が決まれば必然的に求まる。本実施形態では、ＢＤの有効範囲内において必要とされる段差数をｎ１、ＢＤの有効範囲外であってＤＶＤの有効範囲内において必要とされる段差数をｎ２、ＤＶＤの有効範囲外であってＣＤの有効範囲内において必要とされる段差数をｎ３として、それぞれを個別に定めた結果、光ディスクの有効領域毎に段差ピッチが異なるものとなってもよい。
【００７０】
光ディスクの有効領域毎に段差の高さや段差ピッチを異ならせることによって、その有効領域を通る光線に与える実質的な位相変調量を、さらに使用ディスクに適したものとできる。
【実施例】
【００７１】
以下、本実施形態の複合光学素子および光ヘッド装置について具体的な数値等を用いて説明する。第１の実施例は、複合光学素子１０に、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤとの互換性を有する対物レンズ機能と、それらＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤのカバー層の厚みの違いに起因する球面収差を補正する機能とを具備させた例である。本例では、第１の光ディスクであるＢＤに用いられる波長帯を３９５〜４１５ｎｍとし、第２の光ディスクであるＤＶＤに用いられる波長帯を６４０〜６８０ｎｍとし、第３の光ディスクであるＣＤに用いられる波長帯とを７６０〜８１０ｎｍとして、各々の中心波長をλ１，λ２，λ３とする。すなわち、λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍ、λ３＝７８５ｎｍとする。
【００７２】
また、第１の光ディスク（ＢＤ）のカバー層の厚みｔ１＝０．１ｍ、第２の光ディスク（ＤＶＤ）のカバー層の厚みｔ２＝０．６ｍｍ、第３の光ディスク（ＣＤ）のカバー層の厚みｔ３＝１．２ｍｍとする。
【００７３】
まず、オレフィン系樹脂を用いて一方の面に位相段差構造１１が施されたプラスチックレンズ１を形成する。そのようなプラスチックレンズ１は、例えば、射出成型法によって作製できる。このとき、内側のある一面の形状が位相段差構造１１の階段形状に形取られた金型を用いる。
【００７４】
次に、作製されたプラスチックレンズ１の位相段差構造１１が施されている面に、樹脂層２との接着性向上のため、シランカップリング剤等によるカップリング処理を行う。
【００７５】
次に、ビフェニルシラン構造を含む樹脂を用いて、プラスチックレンズ１の位相段差構造１１が施されている面上に、インプリント法により樹脂層２を積層させる。インプリントをする際に、樹脂材料に押し付ける面の形状が位相段差構造１２の階段形状に形取られた金型を用いることで、樹脂層２の表面に位相段差構造１２を形成できる。
【００７６】
本実施例において、プラスチックレンズ１の材料として用いたオレフィン系樹脂の屈折率は、波長λ１では１．５２５、波長λ２では１．５０７、波長λ３では１．５０４である。また、樹脂層２の材料として用いたビフェニルシラン構造を含む樹脂の屈折率は、波長λ１では１．６６８、波長λ２では１．６１１、波長λ３では１．６０３である。
【００７７】
位相段差１１および１２において、それぞれ１つの段差によって区切られた２つの領域間に生じる波長λ１に対する光路差が約１．２５λ１となる高さｈ１、ｈ２を求めた結果、本実施例では、位相段差１１の段差の高さｈ１を３．５５μｍとする。また、位相段差１２の段差の高さｈ２を０．７６μｍとする。なお、当該段差の高さは、各々の位相段差内の光線の進行方向における長さでみた値である。また、段差数は、ＣＤの有効範囲内に実質的な段差が８４段となるように、当該領域内に各位相段差で４２段ずつ設ける。
【００７８】
また、位相段差構造１１、１２において段差によって区切られた各面すなわち中心部およびその外側の各輪帯部の表面形状は、以下に示す非球面式で表される非球面とする。
【００７９】
【数１】
2014010855.tif 000003
【００８０】
なお、上述の非球面式において、光軸方向をｚ、光軸と垂直な面内での光軸からの距離をｒ、位相段差構造の面と光軸が交わる点をｚ＝０とした場合に非球面形状のｒ依存性を示している。なお、ｃは段差によって区切られた各面の曲率半径の逆数、ｋはコーニック係数、αｉ（ｉ＝１〜８）は非球面係数を示している。
【００８１】
このようにして作製された複合光学素子１０の位相段差１１，１２による位相変調量、位相シフト量、実効的な位相変調量は、図１２に示すとおりである。そのうち、実効的な位相変調量は、波長λ１の光に対しては、中心から光路差発生単位を移るごとに｛０．２５λ１，０．５λ１，０．７５λ１，１．０λ１，１．２５λ，・・・｝となっている。また、波長λ２の光に対しては、中心から光路差発生単位を移るごとに｛−０．４４λ２，−０．７３λ２，−１．１７λ２，−１．４７λ２，−１．９１λ２，・・・｝となっている。また、波長λ３の光に対しては、中心から光路差発生単位を移るごとに｛−０．５５λ３，−０．９７λ３，−１．５２λ３，−１．９３λ３，−２．４８λ３，・・・｝となっている。
【００８２】
次いで、本実施例の複合光学素子１０の対物レンズとしての光学仕様を図１３に示す。図１３に示すように、本実施例の複合光学素子１０の対物レンズとしての光学仕様は、ＢＤ使用時においては、焦点距離が１．７６４ｍｍ、有効径が３．０ｍｍ、ＮＡが０．８５、物点距離が無限大すなわち無限系であり、作動距離ＷＤが０．６０ｍｍとなっている。また、ＤＶＤ使用時においては、焦点距離が１．９６４ｍｍ、有効径が２．５ｍｍ、ＮＡが０．６３、物点距離が無限大すなわち無限系であり、作動距離ＷＤが０．５３ｍｍとなっている。また、ＣＤ使用時においては、焦点距離が２．３０７ｍｍ、有効径が１．９８ｍｍ、ＮＡが０．４７、物点距離が１００ｍｍの有限系であり、作動距離ＷＤが０．３０ｍｍとなっている。
【００８３】
このように、本実施例の複合光学素子１０によれば、１つの素子で３波長互換の対物レンズを実現できる。また、本実施例の複合光学素子１０によれば、いずれの光ディスク使用時においても、作動距離ＷＤを３００μｍ以上に確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、異なる波長の光を用いて異なる厚さのカバー層を有する光情報記録媒体の記録または再生を行うための対物レンズとしての用途に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１０  複合光学素子
１  レンズ基板、透明基板
２  樹脂層
１１、１２  位相段差、位相段差構造
２１  波長λ１の光線
２２  波長λ２の光線
２３  波長λ３の光線
３１  第１の光ディスク（ＢＤ）
３２  第２の光ディスク（ＤＶＤ）
３３  第３の光ディスク（ＣＤ）
【図１】
2014010855.tif 000004
【図２】
2014010855.tif 000005
【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】
2014010855.tif 000012
【図１０】
2014010855.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2014010855.tif 000017