(57)【要約】【課題】波長が異なる複数のレーザー光を良好に光ディスクの情報記録層に集光する対物レンズおよびそれを備えた光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】本発明の対物レンズ１０は、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光する第１領域Ｆ１と、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光する第２領域Ｆ２と、ＢＤ規格およびＤＶＤ規格のレーザー光を集光する第３領域Ｆ３とを有し、各領域では、集光するレーザー光の中で最も波長が短いレーザー光の波長を基に輪帯段差量が算出されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長を有する第１レーザー光を第１光ディスクの情報記録層に集光させ、
前記第１波長よりも長い第２波長を有する第２レーザー光を、第２光ディスクの情報記録層に集光させ、
前記両レーザー光よりも長い第３波長を有する第３レーザー光を、第３光ディスクの情報記録層に集光させる、対物レンズであり、
前記第１レーザー光、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光の何れか複数を、対応する前記光ディスクの前記情報記録層に集光させる共用領域を複数有し、
各々の前記共用領域には、集光される前記レーザー光の中で最も波長が短いレーザー光の波長を基に算出される段差量を備えた輪帯段差が設けられることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記輪帯段差の段差量は、前記共用領域で集光されるレーザー光に発生する残留収差が０．３λ未満となるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記共用領域は、
前記対物レンズの中央部付近に配置された円形状の領域であり、前記第１レーザー光、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光を、対応する前記光ディスクの前記情報記録層に集光する第１共用領域と、
前記第１共用領域を囲む位置に配置された輪帯状の領域であり、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光を、対応する前記光ディスクの前記情報記録層に集光する第２共用領域と、
前記第２共用領域を囲む位置に配置された輪帯状の領域であり、前記第１レーザー光および前記第２レーザー光を、対応する前記光ディスクの前記情報記録層に集光する第３共用領域と、を備え、
前記第１共用領域には、前記第１レーザー光の波長から算出される段差量を備えた輪帯段差が設けられ、
前記第２共用領域には、前記第２レーザー光の波長から算出される段差量を備えた輪帯段差が設けられ、
前記第３共用領域には、前記第１レーザー光の波長から算出される段差量を備えた輪帯段差が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の対物レンズ。
【請求項４】
前記輪帯段差の段差量Ｄは、任意の次数をｍ、レーザー光の波長をλ、対物レンズの屈折率をｎとした場合、Ｄ＝ｍ・λ／（ｎ−１）で与えられ、
前記第１共用領域では、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光に発生する収差が０．３λ未満となるように、ｍの次数が設定され、
前記第２共用領域では、前記第３レーザー光に発生する収差が０．３λ未満となるように、ｍの次数が設定され、
前記第３共用領域では、前記第２レーザー光に発生する収差が０．３λ未満と成るように、ｍの次数が設定される、
ことを特徴とする請求項３に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記第２共用領域では、前記第１レーザー光に発生する収差が０．３λ以上となるように、ｍの次数が設定され、
前記第３共用領域では、前記第３レーザー光に発生する収差０．３λ以上となるように、ｍの次数が設定されることを特徴とする請求項４に記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記第１共用領域および前記第３共用領域で集光される前記第１レーザー光のワーキングディスタンスを一致させ、
前記第１共用領域、前記第２共用領域および前記第３共用領域で集光される前記第２レーザー光のワーキングディスタンスを一致させ、
前記第１共用領域および前記第２共用領域で集光される前記第３レーザー光のワーキングディスタンスを一致させる、ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の対物レンズ。
【請求項７】
前記各共用領域の外側に、第１レーザー光または第２レーザー光のみを集光させる輪帯形状の専用領域を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の対物レンズ。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れかに記載された対物レンズを備えた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、波長が異なる複数のレーザー光を対応する光ディスクに集光する対物レンズおよびそれを備えた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報記録媒体として使用される光ディスクは複数の規格が存在しており、規格ごとに使用されるレーザー光、記録密度、情報記録層を被覆する被覆層の厚さが異なる。具体的には、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）規格、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）規格、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）規格の光ディスクが現状で使用されている。
【０００３】
部品点数を削減するためには、１つの対物レンズでこれら３つの規格の光ディスクに対処することが好ましい。しかしながら、夫々の規格のディスクで発生する球面収差、コマ収差、色収差等の発生条件が異なるので、これらが考慮された対物レンズを開発することは容易ではなかった。
【０００４】
この対処方法として、例えば以下に示す特許文献１に示す試みが行われている。
【０００５】
特許文献１には、レーザー光の波長の違いにより発生する色収差で、光ディスクの被覆層の厚さの違いにより発生する球面収差を相殺することで、対物レンズ全体としての収差を改善する事項が開示されている。具体的には、当該文献の〔００２７〕から〔００３２〕を参照すると、レンズの面形状を所定形状とすることにより、ＣＤ規格のレーザー光に発生する波面収差の値と、ＤＶＤ規格のレーザー光に発生する波面収差の値を許容範囲内としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２０８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された発明は、ＤＶＤ規格とＣＤ規格の２つの規格のレーザー光を集光させる対物レンズに関するものであり、ＢＤ規格も含めた３つの規格のレーザー光の集光に、この発明をそのまま適用させることは困難であった。その理由は、ＢＤ規格の光ディスクでは、情報記録層を被覆する被覆層の厚みが極めて薄く、使用されるレーザー光の波長が他の規格と比較して非常に短いからである。
【０００８】
また、文献１の〔００７１〕の記載を参照すると、対物レンズの中間領域をＣＤの専用領域とし、外側領域をＤＶＤの専用領域とする事項が開示されているが、共用使用領域とこれらの領域とでワーキングディスタンスを一致させる具体的構造が開示されていない。従って、中間領域で集光されたレーザー光がスポットを形成する箇所と、専用領域で集光されたレーザー光がスポットを形成する箇所とが一致しない場合、この対処方法が問題と成る。
【０００９】
本発明は上記した問題を鑑みてなされたものである。本発明の目的は、波長が異なる複数のレーザー光を良好に光ディスクの情報記録層に集光する対物レンズおよびそれを備えた光ピックアップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１波長を有する第１レーザー光を第１光ディスクの情報記録層に集光させ、前記第１波長よりも長い第２波長を有する第２レーザー光を、第２光ディスクの情報記録層に集光させ、前記両レーザー光よりも長い第３波長を有する第３レーザー光を、第３光ディスクの情報記録層に集光させる、対物レンズであり、前記第１レーザー光、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光の何れか複数を、対応する前記光ディスクの前記情報記録層に集光させる共用領域を複数有し、各々の前記共用領域には、集光される前記レーザー光の中で最も波長が短いレーザー光の波長を基に算出される段差量を備えた輪帯段差が設けられることを特徴とする。
【００１１】
さらに本発明の光ピックアップ装置は、このような構成の対物レンズを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の対物レンズは、第１レーザー光、第１レーザー光よりも波長が長い第２レーザー光および、両レーザー光よりも波長が長い第３レーザー光を、対応する光ディスクの情報記録層に集光させる共用領域を複数備えている。そして本発明では、各共用領域に球面収差を補正するための輪帯段差を設け、この輪帯段差の段差量を、集光されるレーザー光の中で最も波長が短いレーザー光の波長から算出している。このようにすることで、所定のレーザー光を収差が少ない状態で集光することを可能とする最適な段差量を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の対物レンズを示す図であり、（Ａ）は対物レンズを示す断面図であり、（Ｂ）は対物レンズに設けられる各領域を説明するための表である。
【図２】本発明の対物レンズがレーザー光を集光する状態を示す図であり、（Ａ）はＢＤ規格のレーザー光を集光する状態を示し、（Ｂ）はＤＶＤ規格のレーザー光を集光する状態を示し、（Ｃ）はＣＤ規格のレーザー光を集光する状態を示す。
【図３】本発明の対物レンズを用いてＢＤ規格に発生する収差を示すグラフであり、（Ａ）は光路長差から算出される収差を示す図であり、（Ｂ）は実質的に発生する収差を示すグラフである。
【図４】本発明の対物レンズを用いてＤＶＤ規格に発生する収差を示すグラフであり、（Ａ）は光路長差から算出される収差を示す図であり、（Ｂ）は実質的に発生する収差を示すグラフである。
【図５】本発明の対物レンズを用いてＤＶＤ規格に発生する収差を示すグラフであり、（Ａ）は光路長差から算出される収差を示す図であり、（Ｂ）は実質的に発生する収差を示すグラフである。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の対物レンズの特性および形状を決定する際に用いられるパラメータを示す表であり、（Ｅ）は（Ａ）等に示すパラメータを説明する図である。
【図７】本発明の形状を決定する際に用いられるパラメータを示す表であり、（Ａ）は輪帯が設けられるレンズ面の形状を規定するパラメータを示し、（Ｂ）は輪帯が形成されないレンズ面を規定するパラメータを示す。
【図８】本発明の対物レンズに備えられる輪帯段差を示す図である。
【図９】本発明の対物レンズに設けられる輪帯段差の段差量と残留収差との関係を示す表である。
【図１０】本発明の対物レンズを備えた光ピックアップ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照して、本形態に係る対物レンズ１０を説明する。図１（Ａ）は対物レンズ１０を全体的に示す断面図であり、図１（Ｂ）は対物レンズ１０に形成される各領域の特性を示す表である。
【００１５】
対物レンズ１０は、第１レンズ面１０Ａと第２レンズ面１０Ｂとを備えており、使用状況下に於いては第１レンズ面１０Ａ側から第２レンズ面１０Ｂを通過するようにレーザー光は照射される。また、対物レンズ１０はプラスチックまたはガラスから成る。
【００１６】
本形態では、対物レンズ１０は、波長の異なる複数のレーザー光を光ディスクの情報記録層に集光する。具体的には、対物レンズ１０は、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）規格、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）規格およびＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ）規格のレーザー光を、各規格に対応する光ディスクの情報記録層に集光する。
【００１７】
ここで、ＢＤ規格のレーザー光の波長は青紫色（青色）波長帯３９５ｎｍ〜４２０ｎｍ（例えば４０５ｎｍ）であり、ＤＶＤ規格のレーザー光の波長は赤色波長帯６４５ｎｍ〜６７５ｎｍ（例えば、６５５ｎｍ）であり、ＣＤ規格のレーザー光の波長は赤外波長帯７６５ｎｍ〜８０５ｎｍ（例えば７８５ｎｍ）である。
【００１８】
また本形態では、対物レンズ１０に入射するレーザー光は、無限光または弱有限光である。無限光は、単層の情報記録層を備える各規格の光ディスクに適用される。弱有限光のレーザー光は、多層の情報記録層を備えるＢＤ規格またはＤＶＤ規格の光ディスクに使用される。この事項の詳細は後述する。
【００１９】
本形態の対物レンズ１０では、第１レンズ面１０Ａが複数の領域に輪帯状に分割され、各領域にて所定のレーザー光を屈折作用により光ディスクの情報記録層に集光している。具体的には、対物レンズ１０の第１レンズ面１０Ａは、中央から外側に向かって第１領域Ｆ１〜第６領域Ｆ６に輪帯状に分割されている。そして、後述するように、各領域の面形状および形成される輪帯の段差量は、各規格のレーザー光に発生する収差が少なくなるように決定される。
【００２０】
これらの領域の中でも、第1領域Ｆ１、第２領域Ｆ２および第３領域Ｆ３は、複数のレーザー光を、対応する規格の光ディスクの情報記録層に集光する共用領域１１Ａである。一方、第４領域Ｆ４、第５領域Ｆ５および第６領域Ｆ６は、１つの規格のレーザー光のみを、対応する規格の光ディスクの情報記録層に集光する専用領域１１Ｂである。本形態では、共用領域である第1領域Ｆ１−第３領域Ｆ３では、集光されるレーザー光の中で最も波長が短いレーザー光の波長を基に、輪帯段差の段差量が算出されている。
【００２１】
第１領域Ｆ１は、対物レンズ１０の第１レンズ面１０Ａの中央部付近に配置された円形の領域であり、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各規格のレーザー光を、対応する光ディスクの情報記録層に集光する。また、第１領域Ｆ１は、対物レンズ１０の中心から０．５９２８ｍｍまでの領域に円形に形成されており、輪帯段差により区分される輪帯が形成される。ここでは、対物レンズ１０に入射するレーザー光の進行方向をプラスとした場合、プラスの段差量を有する輪帯段差が形成されている。プラスの段差量を有する輪帯段差が設けられた場合、その段差の外側で対物レンズ１０が薄くなる。一方、輪帯段差量がマイナスの場合は、その段差の外側で対物レンズが厚くなる。
【００２２】
第１領域Ｆ１は、このようにＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各規格のレーザー光を集光する領域であるが、この領域の曲面形状はＢＤ規格およびＤＶＤ規格にて発生する波面収差が小さくなるように決定されている。この理由は、集光により形成されるスポット径が小さいＢＤ規格およびＤＶＤ規格のレーザー光では、ＣＤ規格よりも波面収差が与える悪影響が大きいからである。
【００２３】
第１領域Ｆ１には、１つの輪帯段差が形成されている。即ち、第１領域Ｆ１では、円形状の領域とその周囲の輪帯部分が輪帯段差により区分されている。ここで、形成される輪帯の数および輪帯の幅は、ＤＶＤ規格の光ディスクに設けられる被覆層で発生する球面収差が、対物レンズ１０で発生する色収差で補正されるように決定される。
【００２４】
第１領域Ｆ１に形成される輪帯段差量Ｄは、以下の式１により算出される。
【００２５】
式１・・・・・Ｄ＝ｍ・λ／（ｎ−１）
ここで、ｍは１以上の整数であり、ｎは対物レンズの屈折率であり、λはレーザー光の波長である。尚、実際の対物レンズ１０の設計に用いられる詳細な値は図６および図７を参照して後述する。
【００２６】
本形態では、第１領域Ｆ１に形成される輪帯段差の段差量Ｄの算出に用いられる波長λとして、ＢＤ規格のレーザー光の波長（４０５ｎｍ）を採用している。即ち、第１領域Ｆ１は、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格の３つのレーザー光をするが、これらの中で最も波長が短いＢＤ規格のレーザー光の波長を基に輪帯段差の段差量が算出されている。
【００２７】
一方、ＤＶＤ規格のレーザー光に対しては、輪帯段差を設けることによる位相ズレは、波長の整数倍ではない。従って、第１領域Ｆ１に輪帯段差を設けることにより、ＤＶＤ規格のレーザー光では色収差が発生し、この色収差により光ディスクの被覆層で発生する球面収差が補正される。これにより本形態では、ＤＶＤ規格のレーザー光で発生する実質的な収差が低減されている。
【００２８】
段差量Ｄの算出にＢＤ規格の波長を用いる理由は、波長が短いＢＤ規格のレーザー光の波長で輪帯段差量を算出した方が、輪帯形状を小さくすることが可能であり、ＤＶＤ規格やＣＤ規格のレーザー光で発生する収差を調整しやすいからである。この事項は本形態の特徴であり、図９を参照して後述する。
【００２９】
第２領域Ｆ２は、第１領域Ｆ１に隣接してその周囲を囲む輪帯状の領域（Ｒ＝０．５９２８ｍｍ〜０．９３２ｍｍ）であり、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を対応する規格の光ディスクの情報記録面に集光してスポットを形成する。ここで、第２領域Ｆ２でＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光が集光するポイントは、第１領域Ｆ１でこれらのレーザー光が集光するポイントと同じである。即ち、各領域にてワーキングディスタンスが一致している。この事項は下記する各領域で同様である。尚、この領域に入射したＢＤ規格のレーザー光は、スポットの形成には寄与しない。
【００３０】
第２領域Ｆ２にも複数の輪帯が設けられており、各輪帯同士の間に設けられる輪帯段差の段差量はＤＶＤ規格のレーザー光の波長から算出されている。第２領域Ｆ２は、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光するが、比較的波長が短いＤＶＤ規格のレーザー光に基づいて輪帯段差の段差量が算出されている。これにより、第１領域Ｆ１の場合と同様の効果が奏される。
【００３１】
ここでは、マイナスの段差量を有する輪帯段差が形成され、輪帯段差よりも外側の対物レンズが厚くなる断面形状となる。輪帯段差を設けることにより色収差が発生し、この色収差によりＣＤ規格のレーザー光に発生する球面収差が補正される。また、輪帯段差の有無は、基本的にはＤＶＤ規格のレーザー光に発生する収差には影響を及ぼさない。
【００３２】
第１領域Ｆ１と第２領域Ｆ２との間には段差が設けられている。これは、ＢＤ規格およびＤＶＤ規格のレーザー光で収差が最適化される第１領域Ｆ１の最外周部の位置と、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光で収差が最適化される第２領域Ｆ２の最内周部との位置が合致しないからである。なお、同様の理由により、第２領域Ｆ２と第３領域Ｆ３との間にも段差が発生する。
【００３３】
第３領域Ｆ３は、第２領域Ｆ２に隣接してその周囲を囲む輪帯状の領域（Ｒ＝０．９３２ｍｍ〜１．０１３ｍｍ）であり、ＢＤ規格およびＤＶＤ規格のレーザー光を対応する光ディスクの情報記録層に集光してスポットを形成する。第３領域Ｆ３に入射したＣＤ規格のレーザー光はスポット形成には寄与しない。同様に、第３領域Ｆ３よりも外側の領域に入射したＣＤ規格のレーザー光も、スポット形成には寄与しない。
【００３４】
第３領域Ｆ３には３個の輪帯が設けられており、各輪帯同士の間に形成される段差の段差量は、第１領域Ｆ１と同様に、比較的波長が短いＢＤ規格の波長を用いて算出される。従って、この領域に於いても、輪帯段差を設けることにより発生する色収差により、ＤＶＤ規格のレーザー光に発生する球面収差が補正される。
【００３５】
第４領域Ｆ４は、第３領域を囲む輪帯状の領域（Ｒ＝１．０１３ｍｍ〜１．０８ｍｍ）であり、ＢＤ規格のレーザー光のみを対応する規格の光ディスクの情報記録層に集光してスポットを形成する。第４領域Ｆ４に照射されたＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光は、スポット形成には寄与しない。従って、ＢＤ規格以外の規格（ＤＶＤ規格およびＣＤ規格）のレーザー光で発生する球面収差を考慮する必要が無く、輪帯段差は設けられていない。このことから、第４領域Ｆ４は段差の無い連続する面形状を呈している。この事項は、特定の規格のレーザー光のみを集光する以下の第５領域Ｆ５および第６領域Ｆ６も同様である。この第４領域Ｆ４は、他の規格のレーザー光との兼ね合いを考慮する必要が無いので、発生する収差の量を極めて小さくすることができる。このようなＢＤ規格のみの領域を設けることにより、対物レンズ１０全体でＢＤ規格のレーザー光に発生する収差が改善される。
【００３６】
ここで、当然ではあるが、第４領域Ｆ４は、第３領域Ｆ３と同様に、ＢＤ規格とＤＶＤ規格の両方の収差を減らすような輪帯がついていても構わない。しかし、よりよく、ＢＤ規格の収差を低減するため、このような第４領域Ｆ４を設けるとよい。
【００３７】
第５領域Ｆ５は、第４領域Ｆ４を囲む輪帯状の領域（Ｒ＝１．０８ｍｍ〜１．２００ｍｍ）であり、ＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光してスポットを形成する。この領域に集光されたＢＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光は、スポット形成には寄与しない。ＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光させる専用領域である第５領域Ｆ５を設けることにより、ＤＶＤ規格のレーザー光で収差が改善される。この理由は、第４領域Ｆ４の場合と同様である。
【００３８】
ここで、当然ではあるが、第５領域Ｆ５は、第３領域Ｆ３と同様に、ＢＤ規格とＤＶＤ規格の両方の収差を減らすような輪帯がついていても構わない。しかし、よりよく、ＤＶＤ規格の収差を低減するため、このような第５領域Ｆ５を設けるとよい。また、第４領域Ｆ４、および、第５領域Ｆ５の両方が、第３領域Ｆ３と同様に、ＢＤ規格とＤＶＤ規格の両方の収差を減らすような輪帯がついていても構わない。しかし、よりよく、ＢＤ規格とＤＶＤ規格の収差を低減するため、このような第４領域Ｆ４、および、第５領域Ｆ５を設けるとよい。
【００３９】
第６領域Ｆ６は、第５領域Ｆ５を囲む輪帯状の領域（Ｒ＝１．２００ｍｍ〜１．５１０ｍｍ）であり、第４領域Ｆ４と同様にＢＤ規格のレーザー光のみを集光させる領域である。対物レンズ１０の最外周部に、ＢＤ規格のレーザー光を集光させる専用領域を配置することにより、ＢＤ規格のレーザー光で発生する収差が全体として更に小さくなる。
【００４０】
図２を参照して、各規格のレーザー光が対物レンズ１０で集光される状態を説明する。ここで、図２（Ａ）はＢＤ規格のレーザー光を対物レンズ１０で光ディスク１２Ａに集光する状態を示す断面図であり、図２（Ｂ）はＤＶＤ規格に関する同様の断面図であり、図２（Ｃ）はＣＤ規格に関する同様の断面図である。ここで、図２の各図では、スポットを形成するレーザー光が通過する部分をハッチングにて示している。一方、スポット形成には寄与しない領域にはハッチングを施していない。
【００４１】
図２（Ａ）を参照して、上方から照射されたＢＤ規格のレーザー光は、対物レンズ１０により、ＢＤ規格の光ディスク１２Ａの情報記録層１４Ａに集光されてスポットを形成する。ここで、光ディスク１２Ａの情報記録層１４Ａを被覆する被覆層の厚さＴ１は、例えば０．１ｍｍである。
【００４２】
この図からも明らかなように、対物レンズ１０に照射されるＢＤ規格のレーザー光の全てが光ディスク１２Ａに集光されるのではなく、対物レンズ１０に照射されたレーザー光の一部分はスポット形成に寄与しない。具体的には、対物レンズ１０に照射されたレーザー光のうち、領域Ｆ１、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ６に照射されたレーザー光が、光ディスク１２Ａの情報記録層１４Ａに集光する。一方、第２領域Ｆ２はＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光のみを集光するので、この領域に照射されたＢＤ規格のレーザー光はスポット形成には寄与しない。同様に、第５領域Ｆ５はＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光するので、この領域に照射されたＢＤ規格のレーザー光はスポット形成に寄与しない。
【００４３】
第２領域Ｆ２でＢＤ規格のレーザー光がスポット形成に寄与しない理由は次の通りである。即ち、第２領域Ｆ２は、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光で収差が最適化されるようにその形状が決定される。従って、ＢＤ規格のレーザー光で発生する収差は全く考慮されないので、第２領域Ｆ２を通過するＢＤ規格のレーザー光には例えば−０．３λ以上の位相ずれが発生する。この結果、この第２領域Ｆ２に照射されたＢＤ規格のレーザー光は、スポット形成に寄与しない。ＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光するように設計された第５領域Ｆ５についても、同様の理由によりＢＤ規格のスポット形成には寄与しない。
【００４４】
このように、領域Ｆ２、Ｆ５がスポット形成に寄与せず、周辺部の領域Ｆ４、Ｆ６をＢＤ規格のレーザー光のみを集光する専用の領域とすることにより、超解像が実現される。従って、対物レンズ１０の厚み（Ｔ１０）を、従来の３波長互換レンズよりも薄くすることができる。更には、この超解像が実現されることにより、対物レンズ１０の端部の厚みＴ１１が厚く確保される。従って、対物レンズ１０は金型に形成されたキャビティに樹脂材料を注入することで形成されるが、キャビティに樹脂材料が注入されるゲートの幅を大きく確保して作業性を向上することができる。
【００４５】
尚、対物レンズ１０に入射されるＢＤ規格のレーザー光の利用効率は例えば４０％程度であり、この効率であれば情報の読み出しは良好に行え、書込みについてもハイパワーのレーザーを用いれば行うことができる。
【００４６】
図２（Ｂ）を参照して、対物レンズ１０に照射されたＤＶＤ規格のレーザー光が照射されると、領域Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３およびＦ５に照射されたレーザー光が光ディスク１２Ｂの情報記録層１４Ｂに集光してスポットを形成する。一方、第４領域Ｆ４はＢＤ規格のレーザー光のみを集光する領域であるので、この領域に照射されたＤＶＤ規格のレーザー光はスポット形成に寄与しない。同様に、ＢＤ規格のレーザー光のみを集光する第６領域Ｆ６に照射されたＤＶＤ規格のレーザー光も、スポット形成に寄与しない。このようにすることで、ＤＶＤ規格のレーザー光でも超解像が実現され、上記したＢＤ規格の場合と同様の効果が得られる。
【００４７】
尚、対物レンズ１０に入射されるＤＶＤ規格のレーザー光の利用効率は例えば８０％程度であり、良好に情報の読出し及び書込を行うことができる。また、ＤＶＤ規格の光ディスク１２Ｂの情報記録層１４Ａを被覆する被覆層の厚さＴ２は、０．６ｍｍである。
【００４８】
図２（Ｃ）を参照して、対物レンズ１０にＣＤ規格のレーザー光が照射されると、第１領域Ｆ１および第２領域Ｆ２に照射されたレーザー光のみが、光ディスク１２Ｃの情報記録層１４Ｃに集光してスポットを形成する。一方、領域Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５およびＦ６に入射されたＣＤ規格のレーザー光は、スポット形成に寄与しない。
【００４９】
対物レンズ１０に入射するＣＤ規格のレーザー光の利用効率は例えば９０％程度であり、問題なく情報の読出し及び書込を行うことが可能である。また、ＣＤ規格の光ディスク１２Ｃの情報記録層１４Ｃを被覆する被覆層の厚さＴ３は１．２ｍｍである。
【００５０】
図３から図５を参照して、上記した構成の対物レンズに発生する収差を説明する。図３はＢＤ規格のレーザー光に発生する収差を示し、図４はＤＶＤ規格のレーザー光に発生する収差を示し、図５はＣＤ規格のレーザー光に発生する収差を示している。これらの図のグラフでは、縦軸は収差の量を示し、横軸は瞳半径を示している。また、各々の図で（Ａ）はその波長で発生する光路長差に応じた収差の値を示し、（Ｂ）はこの値からレーザー光の整数倍を差し引いて実質的に発生する収差（残留収差）の値を示している。更に、これらの図に示す収差の値は、対物レンズに発生する収差と、光ディスクの情報記録層を被覆する被覆層に発生する収差とを加算した値である。
【００５１】
図３（Ａ）を参照して、ＢＤ規格のレーザー光では、対物レンズの曲面形状および輪帯段差量に即して収差が変化している。具体的には、第１領域Ｆ１では、輪帯段差が設けられた箇所にて、その輪帯段差の段差量に応じて１０λ程度の波面収差が発生している。しかしながら、この輪帯段差の段差量は、ＢＤ規格のレーザー光の波長を元に算出されているので、この輪帯段差の存在はＢＤ規格の収差に大きな影響は及ぼさない。
【００５２】
また、このグラフでは第２領域Ｆ２の収差が示されていない。この理由は、第２領域Ｆ２はＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光のみを集光する領域であり、この領域を通過したＢＤ規格のレーザー光がスポット形成に寄与しないからである。
【００５３】
第３領域Ｆ３では、マイナスの段差量で輪体段差が形成されているので、この段差形状に従ってマイナスの収差が発生する。
【００５４】
第４領域Ｆ４および第６領域Ｆ６は、ＢＤ規格のレーザー光のみを集光する領域なので、ＢＤ規格の波長にて収差が発生しない設計が可能であり、これらの領域で発生する収差量は極めて小さい。
【００５５】
一方、第５領域Ｆ５では収差の値は示されてない。これは、この第５領域Ｆ５はＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光する領域であり、この領域に照射されたＢＤ規格のレーザー光はスポット形成に寄与しないからである。
【００５６】
図３（Ｂ）を参照して、第１領域Ｆ１では、中部から離れるに従い徐々に波面収差の値はマイナスの方向に大きくなり、輪帯段差が設けられた箇所でその値がプラスの方向に大きくなる。そして、再び中央部から離れるに従い波面収差の値はマイナス方向に大きくなる。
【００５７】
上記したように、対物レンズ１０の中央に位置する第１領域Ｆ１の表面形状は、ＢＤ規格およびＤＶＤ規格のレーザー光で波面収差が小さくなるように設計されている。換言すると、輪帯段差を設けることによって残留する収差を、ＢＤ規格のレーザー光およびＤＶＤ規格のレーザー光に振り分けている。従って、第１領域Ｆ１に於いてＢＤ規格のレーザー光に発生する収差は零ではなく、マイナスの収差が若干発生している。
【００５８】
また、第１領域Ｆ１の内部で輪体段差が設けられた箇所にてＢＤ規格の収差がプラス方向にシフトされており、この理由は次の通りである。先ず、中央の第１領域Ｆ１に設けられる輪帯段差はＢＤ規格のレーザー光の波長で算出されるので、この段差の有無は基本的にはＢＤ波長のレーザー光に発生する収差には影響を与えない。しかしながら、本形態では、第１領域Ｆ１と第２領域Ｆ２とのワーキングディスタンスを揃えるために、表面形状を調整している。この結果、第１領域Ｆ１の表面形状が調整され、輪帯段差の段差量が変化し、輪帯段差が設けられた箇所にてＢＤ規格のレーザー光で発生する収差がシフトする。
【００５９】
第２領域Ｆ２はＢＤ規格のレーザー光のスポット形成に寄与しない領域であるので、収差の値は図示されていない。この事項は、第５領域でも同様である。
【００６０】
第３領域Ｆ３は、ＢＤ規格のレーザー光とＤＶＤ規格のレーザー光を集光させる領域であり、ＢＤ規格のレーザー光で輪体段差量が算出されると共に、両規格で収差が振り分けられる面形状となっている。この結果、第３領域Ｆ３でもマイナスの収差が若干発生している。また、第１領域Ｆ１と同様に、第３領域Ｆ３に於いても、他の領域とのワーキングディスタンスが考慮されて表面形状が調整されている。この結果、輪帯段差が設けられた箇所にて収差の値がシフトしている。
【００６１】
第４領域Ｆ４および第６領域Ｆ６は、ＢＤ規格のレーザー光のみを集光させる領域であるので、この領域で殆ど収差が発生しないように設計することも可能である。しかしながら、実際はプラス側に若干の収差が発生している。この原因は、第１領域Ｆ１等と同様に、これらの領域の表面形状を、第１領域Ｆ１等の他の領域とワーキングディスタンスが揃うような形状とした結果である。
【００６２】
ＢＤ規格のレーザー光に発生する収差は極めて小さく、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）波面収差は、光ディスクの被覆層がＢＤ規格の多層ディスクの最表層の情報記録層と最深層の情報記録層との中間の厚みである０．０８７５ｍｍの条件で、０．０３１ｍλＲＭＳとなる。一般的に、マレシャル評価基準で０．０７ｍλＲＭＳ以下であれば光スポットは形成されるが、本形態では光ディスクの被覆層の厚み０．０８７５ｍｍの条件で、０．０３１ｍλＲＭＳとすることで、多層ディスクの合焦させる情報記録層に対応してコリメートレンズ３６を光軸方向に変位させることにより球面収差を補正することによりＢＤ規格の多層ディスクの最表層および最深層のいずれの情報記録層に対してもマレシャル評価基準の０．０７ｍλＲＭＳ以下が実現されている。従って、本形態の対物レンズを用いて、ＢＤ規格の光ディスクに対して情報の読出し及び書込を良好に行うことができる。
【００６３】
図４を参照して、ＤＶＤ規格のレーザー光に発生する収差を説明する。この図のグラフでは、ＤＶＤ規格のレーザー光を集光する第１領域Ｆ１から第５領域Ｆ５の範囲内で収差を示している。なお、第６領域Ｆ６はＢＤ規格のレーザー光のみを集光させる領域であるので、この領域に照射されたＤＶＤ規格のレーザー光はスポット形成には寄与しない。
【００６４】
図４（Ａ）を参照して、ＤＶＤ規格のレーザー光に於いても、対物レンズに形成された輪帯段差の段差量に応じて収差がシフトする。具体的には、第１領域Ｆ１では、輪帯段差が設けられている箇所にて波面収差の値が５λ程度大きくなる。そして、第１領域Ｆ１と第２領域Ｆ２の境界には輪帯段差が形成されているので、この段差の段差量に応じて収差が減少する。更に、第２領域Ｆ２では、形成された輪帯段差に応じて階段状に収差の値が変化している。また、第３領域Ｆ３では、ＢＤ規格の波長で算出された段差量を有する輪帯段差の影響を受けて、収差がプラス方向に変化している。一方、第４領域Ｆ４は、ＢＤ規格のレーザー光のみを集光してスポットを形成する領域であるので、この領域に照射されたＤＶＤ規格のレーザー光はスポット形成には寄与しない。また、第５領域Ｆ５は、ＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光させる領域であるので、この領域で発生する収差は極めて小さい。
【００６５】
図４（Ｂ）を参照して、上記したように第１領域Ｆ１の面形状は、基本的にはＢＤ規格のレーザー光の収差が少なくなるように設計されているので、ＤＶＤ規格のレーザー光には球面収差が発生する。具体的には、この収差は瞳半径が大きくなるに従い、プラス方向に大きくなる。そして、輪帯段差が設けられた箇所にて、収差の値がマイナス方向にシフトして補正される。更に、輪帯段差よりも外側の領域では再び外側に向かって収差はプラス方向に大きくなる。このように、輪帯段差の部分で収差がマイナス方向に補正される理由は、この輪体段差の段差量がＢＤ規格のレーザー光の波長から算出されるからである。
【００６６】
また、この図からも明らかなように、輪帯段差により収差がマイナス方向にシフトする部分を除外した大部分に於いて、ＤＶＤ規格のレーザー光に発生する収差はプラスの値を示している。本形態では、第１領域Ｆ１に於いて、上記したようにＢＤ規格のレーザー光で発生する収差の大部分をマイナスの値とする一方、ＤＶＤ規格のレーザー光で発生する収差の大部分をプラスの値としている。これにより、ＢＤ規格およびＤＶＤ規格の両方に規格で発生する収差が小さくなる。
【００６７】
第２領域Ｆ２は、上記したように、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光する領域であり、複数個の輪帯が設けられている。そして、この領域に設けられる輪帯段差の輪帯段差量は、波長が比較的短いＤＶＤ規格のレーザー光の波長を元に算出される。しかしながら、ＣＤ規格のレーザー光とＤＶＤ規格のレーザー光で収差を振り分けるような面形状とした結果、この領域に於いてもＤＶＤ規格のレーザー光にプラス方向の収差が若干発生している。また、他の領域とのワーキングディスタンスを整合させるために表面形状を調整した結果、この領域の輪帯段差の段差量が変化し、輪帯段差が設けられた箇所にてＤＶＤ規格のレーザー光の収差がシフトしている。
【００６８】
第３領域Ｆ３では、第１領域Ｆ１と同様に、ＢＤ規格のレーザー光の波長で輪帯段差が決定される結果、ＤＶＤ規格のレーザー光で発生する球面収差が色収差でシフトして補正されている。
【００６９】
第４領域Ｆ４はＢＤ規格のレーザー光のみを集光させる領域であるので、この領域に入射したＤＶＤ規格のレーザー光はスポット形成には寄与しない。従って、このグラフでは、第４領域Ｆ４の収差は示されていない。
【００７０】
第５領域Ｆ５はＤＶＤ規格のレーザー光のみを集光する領域であるのでこの領域で発生する収差は極めて小さい。
【００７１】
ここで、ＤＶＤ規格のレーザー光に発生するＲＭＳ波面収差は、光ディスクの被覆層が０．６ｍｍの条件で、０．０４０ｍλＲＭＳであり、上記したマレシャル評価基準を十分に満たすものである。
【００７２】
図５を参照して、ＣＤ規格のレーザー光に発生する収差を説明する。ここでは、第１領域Ｆ１および第２領域Ｆ２に発生する収差を示している。第２領域Ｆ２よりも外側の領域に照射されたＣＤ規格のレーザー光は、スポット形成には寄与しないので、これらの領域に発生する収差は図示しない。
【００７３】
図５（Ａ）を参照して、第１領域Ｆ１では、ＢＤ規格のレーザー光の波長から算出される輪帯段差に応じて収差が変化している。また、第２領域Ｆ２では、ＤＶＤ規格のレーザー光の波長で算出される輪帯段差に応じて収差が変化している。
【００７４】
図５（Ｂ）に示す収差の実効値を参照すると、第１領域Ｆ１では輪帯段差が設けられた箇所およびその周辺部にて若干収差が大きくなるものの、この領域で発生する収差は最大で０．１λ程度である。
【００７５】
第２領域Ｆ２では、ＤＶＤ規格のレーザー光の波長で輪体段差量が算出されているので、対物レンズの色収差によりＣＤ規格のレーザー光に発生する球面収差が補正される。この結果、このように収差が小さい値を示している。
【００７６】
ここで、ＣＤ規格のレーザー光に発生するＲＭＳ波面収差は、光ディスクの被覆層の厚みが１．２ｍｍの条件で、０．０３４ｍλＲＭＳであり、上記したマレシャル評価基準を十分に満たすものである。
【００７７】
図６および図７を参照して、次に、上記した対物レンズ１０の具体的な形状を説明する。図６および図７に示す表は、具現化された対物レンズの形状や特性を示す係数を示している。
【００７８】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格の波長での、光ピックアップレンズ（対物レンズ）および、光ディスク内光透過層（被覆層）の屈折率および面間隔を示している。ここで、開口径Φ、面間隔ｄ２、ｄ３は、図６（Ｅ）に示す通りである。
【００７９】
また、図６（Ｃ）は各規格の波長に於けるレンズ材料およびディスク内透過層の温度特性を示し、図６（Ｄ）はレンズ材料およびディスク内透過層の材料波長特性を示している。
【００８０】
図７に、レンズ面の形状を規定するパラメータを示す。図７（Ａ）は、複数の輪帯が設けられるレンズ面Ｒ１（図１（Ａ）に示す第１レンズ面１０Ａ）の形状を規定するパラメータを示す。図７（Ｂ）は対物レンズのレンズ面Ｒ２（図１（Ａ）に示す第２レンズ面１０Ｂ）の形状を示すパラメータである。
【００８１】
図７（Ａ）を参照して、この表に示された各パラメータを以下の式２に代入することでレンズ面形状が決定される。
【００８２】
【数１】
2014053051.tif 000003
この式２に於いて、図６（Ｅ）に示すＲ１面からＲ２面にかけて正の符号であり、ｈ１は光軸からの高さ（ｍｍ）であり、非球面係数はｈ（ｍｍ）を含む輪帯ｘの数値を用いる。
【００８３】
図７（Ａ）の表では、輪帯毎に、集光するレーザー光の波長、上記式１を用いて輪帯段差量を算出する際に使用される次数ｍおよび波長、輪帯開始半径、輪帯終了半径および形状を算出する際に用いられる係数が示されている。ここで、輪帯１〜輪帯２が図１（Ａ）に示す第１領域Ｆ１であり、輪帯３〜輪帯１３が第２領域Ｆ２であり、輪帯１４から輪帯１６が第３領域Ｆ３であり、輪帯１７が第４領域Ｆ４であり、輪帯１８が第５領域Ｆ５であり、輪帯１９が第６領域Ｆ６である。
【００８４】
また、図７（Ｂ）に示す係数を以下の式３に代入することにより、レンズ面Ｒ２の形状が決定される。
【００８５】
【数２】
2014053051.tif 000004
この式３に於いて、ｈ２は光軸からの高さ（ｍｍ）であり、非球面係数はＲ２面の数値を用いる。
【００８６】
図８を参照して、各輪帯の段差量は対物レンズの中心に対して上記式１が成立するように算出され、この後に各輪帯の面形状が最適化されている。従って、例えば、輪帯１と輪帯２との間に設けられる輪帯段差の段差量Ｄは、ｍ／波長＝８／４０５ｎｍを式１に代入することで算出される。この値は輪帯２の表面を仮想延長してレンズ中心まで広げた場合の、レンズ中心部と仮想延長された面の段差量を示している。
【００８７】
尚、図７（Ａ）の表を参照して、輪帯３と輪帯４とを比較した場合、輪帯３の段差量Ｄはｍ／波長＝−２／６６０を式１に代入した値であり、輪帯４の輪帯段差はｍ／波長＝−３／６６０を式１に代入した値である。これらの値は、上記したように対物レンズの中心を基準とした値である。従って、両者の境界に設けられる輪帯段差の段差量は各々の値を式１に代入した段差量の差となる。
【００８８】
以上が本形態に係る対物レンズ１０の説明である。
【００８９】
本形態の特徴は、２つ以上の規格のレーザー光を集光させる共用領域を対物レンズに設け、各共用領域が集光するレーザー光の中で最も短い波長を基に、輪帯段差の段差量を算出することにある。これにより、光ディスクの被覆層の厚みが違うことにより発生する球面収差を補正するための最適の輪帯段差量が得られる。
【００９０】
具体的には、図１を参照して上記したように、本形態の対物レンズ１０には、中央部から第１領域Ｆ１、第２領域Ｆ２および第３領域Ｆ３が備えられている。そして、第１領域Ｆ１はＢＤ規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光し、第２領域Ｆ２はＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光し、第３領域Ｆ３はＢＤ規格およびＤＶＤ規格のレーザー光を集光する。
【００９１】
また、これらの領域には、各規格で光ディスクの被覆層の厚みが相違することにより発生する球面収差を補正するために輪帯段差が設けられるが、この輪帯段差の段差量は最も波長が短いレーザー光の波長を基に算出される。具体的には、第１領域Ｆ１ではＢＤ規格の波長を基に輪帯段差量が算出され、第２領域Ｆ２ではＤＶＤ規格の波長を基に輪帯段差量が算出され、第３領域Ｆ３ではＢＤ規格の波長を基に輪帯段差量が算出される。
【００９２】
この事項を、図９の表を参照して説明する。図９（Ａ）はＢＤ規格の波長を基に輪帯段差量を算出した場合に各規格のレーザー光に発生する収差を示し、図９（Ｂ）はＤＶＤ規格の波長を基に輪帯段差量を算出した場合に各規格のレーザー光に発生する収差を示し、図９（Ｃ）はＣＤ規格の波長を基に輪帯段差量を算出した場合に各規格のレーザー光に発生する収差を示している。
【００９３】
これらのグラフに示す残留収差を算出するための条件を説明すると、ＢＤ規格の波長は４０５ｎｍであり、ＤＶＤ規格の波長は６６０ｎｍであり、ＣＤ規格の波長は７８５ｎｍであり、ＢＤ規格の波長での対物レンズの屈折率は１．５５８７０１であり、ＤＶＤ規格の波長での対物レンズの屈折率は１．５３９６４２であり、ＣＤ規格の波長での対物レンズの屈折率は１．５３６２５６である。また、ＢＤ規格の１波長での段差量（輪帯を中心へ仮想延長した場合の軸上段差量）は０．７２４８９５μｍであり、ＤＶＤのそれは１．２２３００３であり、ＣＤのそれは１．４６３８５３μｍである。
【００９４】
これらの図からも明らかなように、段差量が７μｍを超えるまでに形成可能な輪帯段差量の段階は、ＢＤ規格が最も多い。具体的には、ＢＤ規格では１０段階で輪帯段差量が調整可能であり（図９（Ａ））、ＤＶＤ規格では６段階で輪帯段差量が調整可能であり（図９（Ｂ））、ＣＤ規格では５段階で調整可能である（図９（Ｃ））。
【００９５】
細かく輪帯段差量が調整できることにより、各規格のレーザー光に発生する収差を適切に選択することができる。
【００９６】
具体的には、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光する第１領域Ｆ１（図１参照）では、最も波長が短いＢＤ規格のレーザー光の波長を上記した式１に代入することで輪帯段差量を算出している。そして、３つの規格のレーザー光を適切に集光させて微細なスポット径を形成するためには、各規格のレーザー光に発生する残留収差を０．３λ未満とする必要がある。図９（Ａ）を参照して、この条件を充たす次数ｍは、２、８、１０であり、これらの何れも採用可能である。
【００９７】
しかしながら、次数を１０とすると輪帯段差量が大きくなりすぎ、対物レンズを射出成形により製造する際の成形性が悪化する恐れがあるので、次数ｍとしては２または８が適当である。
【００９８】
更に、次数ｍが２の場合と８の場合とを比較すると、８の方が好適である。この理由は、次数ｍを８とすると、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格で発生する残留収差がマイナスの値となり、両規格で収差が増加する割合と逆の符号となる。この結果、図４（Ｂ）や図５（Ｂ）に示すように、輪帯段差が設けられた箇所にて、残留収差により球面収差が少なる方向に補正される。一方、実数ｍとして２を採用すると、ＤＶＤ規格では残留収差はマイナスの値となるが、ＣＤ規格ではプラスの値となってしまうので、ＣＤ規格でのレーザー光に発生する収差を補正することが出来ない。
【００９９】
第２領域Ｆ２は、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のレーザー光を集光するので、短いＤＶＤ規格の波長で輪帯段差量を算出すると、図９（Ｂ）に示すように各規格のレーザー光に収差が発生する。本形態では、第２領域Ｆ２の輪帯段差を算出するための次数ｍとして１を採用している。このようにすることで、先ず、ＣＤ規格のレーザー光に発生する収差が０．３λ未満（０．１６４５１λ）となり、第２領域Ｆ２で良好にＣＤ規格のレーザー光を集光することができる。更に、ＢＤ規格のレーザー光に発生する収差の値は、０．３λ以上（０．３１２８２λ）となるので、第２領域Ｆ２に入射したレーザー光をスポット形成に寄与させないことができる。これにより、上記したように超解像が実現される。
【０１００】
第３領域Ｆ３は、ＢＤ規格およびＤＶＤ規格のレーザー光を集光するので、ＢＤ規格の波長で輪帯段差を算出し、この際の次数ｍとして３を採用している。このようにすれば、図９（Ａ）を参照して、ＤＶＤ規格のレーザー光に発生する収差が０．３λ未満（０．２１１８９λ）となる。一方、ＣＤ規格のレーザー光に発生する収差は、０．３λ以上（０．４８５５９１λ）となるので、第３領域Ｆ３に入射したＣＤ規格のレーザー光はスポット形成に寄与しない。第３領域Ｆ３を通過するＣＤ規格のレーザー光が、ＣＤ規格の光ディスクの情報記録層に集光してしまうと、この領域の開口数が大きいことから、スポット径が不必要に小さくなってしまう恐れがある。本形態では、第３領域Ｆ３を通過するＣＤ規格のレーザー光に大きな収差を付与することで、この恐れを排除している。
【０１０１】
本形態では上記のように輪帯段差量を算出することにより、ＣＤ規格のマスク径を設定することができる。具体的には、図２（Ｃ）を参照して、第３領域Ｆ３にてＣＤ規格のレーザー光に０．３λ以上の残留収差を与えることで、この領域を通過したＣＤ規格のレーザー光をスポット形成に寄与させないようにしている。これにより、第２領域Ｆ２の外周部が、ＤＶＤ規格のマスク径として規定される。
【０１０２】
一方、ＤＶＤ規格のマスク径は、図２（Ｂ）を参照して、第６領域Ｆ６でＤＶＤ規格のレーザー光を集光させないことにより、第５領域Ｆ５の外周部に規定される。これは、第６領域Ｆ６は、ＢＤ規格の波長のみを対応する光ディスクの情報記録層に集光するように、その曲面形状が規定されているからである。
【０１０３】
また、ＢＤ規格のマスク径は、光ピックアップ装置に備えられる物理マスクによりレーザー光を遮蔽することで規定することが可能である。
【０１０４】
上記したように本形態では、集光するべきレーザー光に発生する残留収差の値を０．３λ未満とすることで読取・書出の精度を向上させているが、この値は変更可能である。例えば、より好ましい残留収差の値は０．２５λ未満であり、特に好ましい値は０．２０λ未満であり、このような値を採用することにより、読取・書出の精度が更に向上される。      
【０１０５】
また、上記説明では、スポットを形成しないレーザー光に発生する残留収差の値を０．３λ以上とすることで、光学的超解像を実現していたが、この値は変更可能である。例えば、より好ましい残留収差の値は０．３５λ以上であり、特に好ましい残留収差の値は０．４０λ以上である。このようにすることで、光学的超解像をより確実に実現可能となる。
【０１０６】
更に本形態では、上記した各領域の面形状を、各領域で集光される各レーザー光のワーキングディスタンスが一致するような形状にしている。具体的には、図２（Ａ）を参照して、第１領域Ｆ１、第３領域Ｆ３、第４領域Ｆ４および第６領域Ｆ６で集光されるＢＤ規格のレーザー光のワーキングディスタンスが一致するように、各領域の曲面形状が調整される。また、図２（Ｂ）を参照して、第１領域Ｆ１、第２領域Ｆ２、第３領域Ｆ３および第５領域Ｆ５で集光されるＤＶＤ規格のレーザー光のワーキングディスタンスが一致するように、各領域の曲面形状が調整されている。更に、図２（Ｃ）を参照して、第１領域Ｆ１および第２領域Ｆ２で集光されるＣＤ規格のレーザー光のワーキングディスタンスが一致するように、各領域の曲面形状が調整されている。このようにすると、輪帯段差に若干の変更が生じる。この結果、図３（Ｂ）に示すように、第１領域Ｆ１および第３領域Ｆ３にて、輪帯段差が設けられた箇所にてＢＤ規格のレーザー光に発生する収差の値がシフトすることとなる。しかしながら、このシフトの値は小さいので、ＢＤ規格のレーザー光の全体的な収差をそれほど悪化させない。
【０１０７】
ここで、本形態では、各規格で光ディスクの被覆層の厚みが異なることにより発生する球面収差を補正するために輪帯段差を設けているが、この輪帯段差の段差量はある程度の幅が許容される。
【０１０８】
具体的には、第１領域Ｆ１での段差量Ｄを求めるために、上記した式１に代入される波長（λ）の値は、必ずしもＢＤ規格の４０５ｎｍである必要はなく、例えば３９５ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲で変更されても良い。このように、段差量の算出に用いられる波長を若干変更することにより、ＢＤ規格以外のＤＶＤ規格またはＣＤ規格のレーザー光に発生する収差が改善される。このことは、第２領域Ｆ２および第３領域Ｆ３でも同様であり、段差量の算出に使用される波長は、ＤＶＤ規格の場合は６４５ｎｍ〜６７５ｎｍで変更可能である。
【０１０９】
更に本形態では、無限光または弱有限光である各規格のレーザー光を、対物レンズ１０にて集光している。ここで、弱有限光の場合は、弱有限光で設計された対物レンズに無限光を入射した場合に、最小となる収差がマレシャル限界を超えないように対物レンズが設計される。
【０１１０】
無限光は単層の情報記録層を備えた各規格の光ディスクに対して、情報の読出し又は書込を行う際に用いられる。情報記録層が単層の場合は、この情報記録層を被覆する被覆層の厚みは一定であるため、無限光を用いることにより安定した読出し及び書込を行うことができる。無限光は、光ピックアップ装置の内部に於いて、レーザー光が通過する光路の途中にコリメートレンズを介装することで生成される。
【０１１１】
弱有限光は、多層の情報記録層を備えたＢＤ規格またはＤＶＤ規格の光ディスクの各層にレーザー光を集光する場合に用いられる。具体的には、２層の情報記録層を備えたＢＤ規格の光ディスクの場合、表面に近い情報記録層を被覆する被覆層の厚さは０．０７５ｍｍであり、表面から遠い方の情報記録層を被覆する被覆層の厚さは０．１００ｍｍである。この場合、対物レンズは、使用するレーザー光を無限に設定して２層の光ディスクの各被覆層の中間の厚さである０．０８７５ｍｍが焦点となるように設計される。そして、入射するレーザー光を弱有限光とすることにより、読取または書込を行う情報記録層にレーザー光を集光させてスポットを形成する。
【０１１２】
また、ＢＤ規格で４層の情報記録層を備える光ディスクの場合、最表層の情報記録層は厚さ０．０５０ｍｍの被覆層で被覆され、最深層の情報記録層は厚さ０．１０５ｍｍの被覆層により被覆される。この場合、両者の中間値である厚さ０．０７７５ｍｍの被覆層により被覆された情報記録層に、無限光のレーザー光が集光するように対物レンズを設計する。そして、対物レンズは入射されるレーザー光が弱有限光となることにより、所望の情報記録層にレーザー光を集光する。
【０１１３】
上記した弱有限光は、レーザー光の光路の途中に介装されたコリメートレンズを移動することにより作り出される。すなわち、弱有限光とは、無限光が入射された場合に多層ディスクの各被覆層の中間の厚さに設定される対物レンズの焦点を光ディスクの各情報記録層に変位させるために必要な角度の対物レンズに入射する発散光および収束光を示している。
【０１１４】
図１０を参照して、上記した構成の対物レンズ１０を備えた光ピックアップ装置２０の構成を説明する。光ピックアップ装置２０は、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格またはＣＤ規格のレーザー光を、光ディスク５２の情報記録層に集光させ、この情報記録層からの反射光を受光して電気信号に変換する機能を備えている。このことにより、光ピックアップ装置２０は、各規格の光ディスク５２からの情報の読出または書込を行う。
【０１１５】
本形態の光ピックアップ装置２０に含まれる各素子を以下に説明する。
【０１１６】
レーザー装置２２は、ＢＤ規格の波長のレーザー光を出射する。レーザー装置２４は、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格の波長のレーザー光を出射する。
【０１１７】
回折格子２６は、レーザー装置２２と合成プリズム２８との間に配置され、ＢＤ規格のレーザー光が入射する。そして、回折格子２６は、入射するレーザー光を０次光、＋１次回折光、−１次回折光に分離する回折格子と、入射するレーザー光を合成プリズム２８の偏光面に対してＳ方向の直線偏光光に変換する１／２波長板とから構成される。同様に、回折格子３０は、レーザー装置２４と合成プリズム３４との間に配置され、回折格子と１／２波長板とから構成される。尚、回折格子３０は、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光を合成プリズム３４の偏光面に対してＳ方向の直線偏光光に変換する。
【０１１８】
ダイバージェントレンズ３２は、回折格子３０と合成プリズム３４との間に配置され、回折格子３０で回折されたレーザー光の広がり角を調整する。
【０１１９】
合成プリズム２８は、波長選択性および偏光選択性を有する偏光面を内蔵し、ＢＤ規格のレーザー光には偏光ビームスプリッタとして機能し、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光には、全透過プリズムとして機能する。具体的には、Ｓ方向の直線偏光光であるＢＤ規格のレーザー光は、その偏光面により紙面＋Ｘ方向に反射される。一方、光ディスク５２により反射されたレーザー光（戻り光）は、Ｐ方向の直線偏光光であり、この偏光面を紙面−Ｘ方向に透過する。
【０１２０】
合成プリズム３４は、波長選択性および偏光選択性を有する偏光面を内蔵し、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光には偏光ビームスプリッタとして機能し、ＢＤ規格のレーザー光には、全透過プリズムとして機能する。具体的には、合成プリズム３４は、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光の反射率を調整することで、ＰＤＩＣ５６へと導かれる第２のレーザー光の光量を調整する。そして、Ｓ方向の直線偏光光であるＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光の大部分は、その偏光面により紙面＋Ｘ方向に反射される。一方、光ディスクにより反射されたＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光（戻り光）は、Ｐ方向の直線偏光光であり、一定の割合にてこの偏光面を紙面−Ｘ方向に透過する。
【０１２１】
コリメートレンズ３６は、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光を無限光に変換する。コリメートレンズ３６は、点線にて示す光路（光軸）に対して平行方向（紙面±Ｘ方向）に移動する。そして、コリメートレンズ３６は、それぞれの規格のレーザー光に応じて光学倍率を最適化することで、層間迷光や層間クロストークの発生を抑止する。また、コリメートレンズ３６を移動させることにより、レーザー光を弱有限光に変換することができる。
【０１２２】
反射ミラー３８は、波長選択性および偏光選択性を有する。具体的には、反射ミラー３８は、往路のレーザー光を部分的に透過させてＦＭＤ２３に照射させる。
【０１２３】
ＦＭＤ２３は、反射ミラー３８を透過した往路側のレーザー光を受光し、受光したレーザー光の光量を示す信号を出力する。そして、ＦＭＤ２３の出力に基づいてレーザー装置２２、２４が制御される。
【０１２４】
反射ミラー４０は、各規格の往路のレーザー光を紙面−Ｘ方向に全反射する。同様に、光ディスク５２により反射された復路のレーザー光（戻り光）も、紙面−Ｙ方向に全反射する。
【０１２５】
１／４波長板４２は、入射するレーザー光に位相差を生じさせ、各規格のレーザー光をＳ方向の直線偏光光から円偏光光へと変換する。一方、光ディスク５２により反射されたレーザー光（戻り光）は、再び１／４波長板４２を通過すると、Ｐ方向の直線偏光光のレーザー光に変換される。
【０１２６】
立ち上げミラー４４は、各規格のレーザー光を紙面＋Ｙ方向に反射させる。
【０１２７】
対物レンズ１０は、立ち上げミラー４４により反射されたＢＤ規格、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光を光ディスク５２の情報記録層に集光させる。
【０１２８】
アナモレンズ５４は、合成プリズム２８とＰＤＩＣ５６との間に配置され、光ディスク５２により反射された各規格のレーザー光（戻り光）が通過する。そして、アナモレンズ５４は、通過するレーザー光にフォーカスサーボ用の非点収差を付与し、各規格のレーザー光を１つのＰＤＩＣ５６にて対処可能とする。
【０１２９】
ＰＤＩＣ５６は、信号検出用のフォトダイオード集積回路素子が内蔵された光検出器であり、各規格のレーザー光を同一平面上の受光領域にて受光し、光電変換によって情報信号成分を含む検出信号を出力する。更に、ＰＤＩＣ５６は、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボに用いられるサーボ信号成分を含む検出信号を出力する。
【０１３０】
次に、ＤＶＤ規格及びＣＤ規格のレーザー光の光路を説明する。
【０１３１】
先ず、レーザー装置２４から出射されたレーザー光は、回折格子３０にてＳ方向の直線偏光光に変換され、ダイバージェントレンズ３２により所定の広がり角へと調整された後、合成プリズム３４へと入射する。その後、レーザー光は、合成プリズム３４の偏光面にて反射し、コリメートレンズ３６にて無限光に変換された後に、反射ミラー３８にて反射する。また、レーザー光の一部は、反射ミラー３８を透過してＦＭＤ２３に照射される。そして、ＦＭＤ２３の出力に基づいてレーザー装置２４の出力が制御される。
【０１３２】
反射ミラー３８で反射されたレーザー光は、反射ミラー４０にて全反射され、１／４波長板４２を通過することにより、Ｓ方向の直線偏光光から円偏光光に変換される。そして、円偏光光のレーザー光は、立ち上げミラー４４にて反射した後、対物レンズ１０により光ディスク５２の情報記録層に集光される。
【０１３３】
次に、光ディスク５２の情報記録層により反射されたレーザー光（戻り光）は、対物レンズ１０を透過し、立ち上げミラー４４にて反射した後、１／４波長板４２を透過することで、円偏光光からＰ方向の直線偏光光のレーザー光へと変換される。そして、このレーザー光は、反射ミラー４０、３８で反射された後に、コリメートレンズ３６、合成プリズム３４、２８を透過する。その後、レーザー光は、アナモレンズ５４にてフォーカスエラー検出用の非点収差が付与され、ＰＤＩＣ５６の受光領域にて受光され、光電変換によって検出信号へと変換される。
【０１３４】
以下に、ＢＤ規格のレーザー光の光路を説明する。
【０１３５】
先ず、レーザー装置２２から出射されたレーザー光は、回折格子２６にてＳ方向の直線偏光光に変換され、合成プリズム２８へと入射する。そして、このレーザー光は、合成プリズム２８の偏光面にて全反射した後、合成プリズム３４を全透過する。その後、レーザー光は、コリメートレンズ３６で無限光とされた後に、反射ミラー３８で大部分が反射され、残りの部分が透過する。透過したレーザー光はＦＭＤ２３で検出され、ＦＭＤ２３の出力に基づいてレーザー装置２２の出力が上記と同様に調整される。
【０１３６】
反射ミラー３８を反射したレーザー光は、反射ミラー４０にて全反射され、１／４波長板４２を通過することにより、Ｓ方向の直線偏光光から円偏光光に変換される。そして、円偏光光のレーザー光は、立ち上げミラー４４にて反射した後、対物レンズ１０により光ディスク５２の情報記録層に集光される。
【０１３７】
次に、光ディスク５２の情報記録層により反射されたレーザー光（戻り光）は、対物レンズ１０を透過し、立ち上げミラー４４にて反射し、１／４波長板４２を透過することで、円偏光光からＰ方向の直線偏光光のレーザー光へと変換される。そして、レーザー光は、反射ミラー４０、３８にて反射された後に、コリメートレンズ３６、合成プリズム３４、２８を透過する。その後、レーザー光は、アナモレンズ５４にて非点収差が付与され、ＰＤＩＣ５６の受光領域にて受光され、光電変換によって検出信号が出力される。
【０１３８】
以上が、本形態のレーザー光の各光路の説明である。
【０１３９】
ここで、上記した対物レンズおよび光ピックアップを用いて、ライトスクライブを行うことも可能である。ライトスクライブとは、光ディスクの記録面とは反対側の面に、レーザを用いることによって文字情報や絵情報を焼き付けることである。本形態の対物レンズはレーザー光の利用効率が高いので、効率よくライトスクライブを行える。
【符号の説明】
【０１４０】
１０   対物レンズ
１０Ａ 第１レンズ面
１０Ｂ 第２レンズ面
１１Ａ 共用領域
１１Ｂ 専用領域
Ｆ１   第１領域
Ｆ２   第２領域
Ｆ３   第３領域
Ｆ４   第４領域
Ｆ５   第５領域
Ｆ６   第６領域
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ      光ディスク
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ      情報記録層
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ      被覆層
２０   光ピックアップ装置
２２   レーザー装置
２４   レーザー装置
２６   回折格子
２８   合成プリズム
３０   回折格子
３２   ダイバージェントレンズ
３４   合成プリズム
３６   コリメートレンズ
３８   反射ミラー
４０   反射ミラー
４２   １／４波長板
４４   立ち上げミラー
５４   アナモレンズ
５６   ＰＤＩＣ
【図１】
2014053051.tif 000005
【図２】
2014053051.tif 000006
【図３】
2014053051.tif 000007
【図４】
2014053051.tif 000008
【図５】
2014053051.tif 000009
【図６】
2014053051.tif 000010
【図７】
2014053051.tif 000011
【図８】
2014053051.tif 000012
【図９】
2014053051.tif 000013
【図１０】
2014053051.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月1日(2011.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
【数１】
2014053051.tif 000015
この式２に於いて、図６（Ｅ）に示すＲ１面からＲ２面にかけて正の符号であり、ｈ１
は光軸からの高さ（ｍｍ）であり、非球面係数はｈ（ｍｍ）を含む輪帯ｘの数値を用いる
。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
【数２】
2014053051.tif 000016
この式３に於いて、ｈ２は光軸からの高さ（ｍｍ）であり、非球面係数はＲ２面の数値
を用いる。