(57)【要約】【課題】軸上色収差を屈折レンズと同等に抑制しながら、回折構造の構成をシンプルにすることが可能な対物レンズおよび当該対物レンズを搭載した光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】  対物レンズＬは、ＢＤ光と、ＤＶＤ光と、ＣＤ光を、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ上に収束させる。光源側レンズ面Ｌ１には、回折構造Ｄが形成されている。光源側レンズ面Ｌ１は、光軸を含む領域Ａ１と、領域Ａ１の周囲に割り当てられる領域Ａ２と、領域Ａ２の周囲に割り当てられる領域Ａ３とに区分されている。領域Ａ２に形成される回折構造Ｄは、回折構造Ｄ１と回折構造Ｄ２とが重畳された構造を有する。領域Ａ２においてＢＤ光の位相関数の値が−１より大きく１よりも小さい。これにより、ＢＤ光は領域Ａ２において回折作用を受け難くなるため、ＢＤ光に対する軸上色収差が改善される。【選択図】図１
2014006946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の第１レーザ光と、波長λ２（λ２＞λ１）の第２レーザ光と、波長λ３（λ３＞λ２）の第３レーザ光を、それぞれ、第１ディスク、第２ディスクおよび第３ディスク上に収束させる対物レンズであって、
前記第１、第２および第３レーザ光が通過するレンズ面と、
前記レンズ面に形成された回折構造と、を有し、
前記レンズ面は、少なくとも光軸を含む中央領域と、前記中央領域の周囲に割り当てられる中間領域と、前記中間領域の周囲に割り当てられる周辺領域とに区分され、
前記中間領域に形成される前記回折構造は、第１基礎構造と第２基礎構造とが重畳された構造を有し、
前記中間領域において前記第１レーザ光の位相関数の値が−１より大きく１よりも小さい、対物レンズ。
【請求項２】
前記第１基礎構造による第１位相関数をφ１とし、前記第２基礎構造による第２位相関数をφ２とするとき、φ１とφ２は、係数α、βを整数として、αφ１＝βφ２と規定され、
前記第１基礎構造は、前記第１、第２および第３レーザ光に対して、それぞれ、２次、１次、１次の回折次数において最大の回折効率を付与するよう構成され、
前記第２基礎構造は、前記第１、第２および第３レーザ光に対して、それぞれ、１次、１次、１次の回折次数において最大の回折効率を付与するよう構成され、
前記係数α、βは、α／β＝−２となるよう設定されている、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記中央領域において前記第１レーザ光の位相関数が極値を持つ、請求項１または２に記載の対物レンズ。
【請求項４】
前記周辺領域において前記第１レーザ光の位相関数が負の値を有する、請求項１ないし３の何れか一項に記載の対物レンズ。
【請求項５】
波長λ１の第１レーザ光と、波長λ２（λ２＞λ１）の第２レーザ光と、波長λ３（λ３＞λ２）の第３レーザ光を、それぞれ、第１ディスク、第２ディスクおよび第３ディスク上に収束させる対物レンズであって、
前記第１、第２および第３レーザ光が通過するレンズ面と、
前記レンズ面に形成された回折構造と、を有し、
前記レンズ面は、少なくとも光軸を含む中央領域と、前記中央領域の周囲に割り当てられる中間領域と、前記中間領域の周囲に割り当てられる周辺領域とに区分され、
前記中間領域に形成される前記回折構造は、第１基礎構造と第２基礎構造とが重畳された構造を有し、
前記第１基礎構造による第１位相関数をφ１とし、前記第２基礎構造による第２位相関数をφ２とするとき、φ１とφ２は、係数α、βを整数として、αφ１＝βφ２と規定され、
前記第１基礎構造は、前記第１、第２および第３レーザ光に対して、それぞれ、２次、１次、１次の回折次数において最大の回折効率を付与するよう構成され、
前記第２基礎構造は、前記第１、第２および第３レーザ光に対して、それぞれ、１次、１次、１次の回折次数において最大の回折効率を付与するよう構成され、
前記係数α、βは、α／β＝−１となるよう設定されている、対物レンズ。
【請求項６】
前記中間領域において前記第１レーザ光の位相関数の値が０となる、請求項１ないし５の何れか一項に記載の対物レンズ。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の対物レンズと、
前記第１、第２および第３レーザ光を出射する光源部と、
前記第１、第２および第３ディスクによってそれぞれ反射された前記第１、第２および第３レーザ光を受光する光検出器と、
前記光源部から出射された前記第１、第２および第３レーザ光を前記対物レンズへと導くと共に、前記第１、第２および第３ディスクによって反射された前記第１、第２および第３レーザ光を前記光検出器へと導く光学系と、を備える、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、異なる波長のレーザ光を収束可能な対物レンズおよび当該対物レンズを搭載した光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクの多様化に伴い、異なる波長のレーザ光を対応する光ディスク上に収束可能な光ピックアップ装置の開発が進められている。たとえば、ＢＤ（ブルーレイディスク）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）およびＣＤ（Compact Disc）に対応可能な互換型の光ピックアップ装置が開発され、光ディスクドライブに搭載されている。この場合、各波長のレーザ光を収束可能な一つの対物レンズを光ピックアップ装置に搭載することにより、部品点数の削減と、コストの低減を図ることができる。他方、この構成では、３つの波長のレーザ光を一つの対物レンズで収束させる必要があるため、所望の特性が得られるように対物レンズを設計することが難しくなる。
【０００３】
特許文献１には、波長が異なる３つのレーザ光を一つの対物レンズで適正に収束させるための設計手法が記載されている。ここでは、対物レンズの面形状と、レンズ面に形成された回折構造との組み合わせによって、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの記録／再生に用いる対物レンズが設計されている。
【０００４】
具体的には、対物レンズの光学面が、光軸を含む中央領域と、当該中央領域の周囲に輪帯状に配置された周辺領域に区分され、前記周辺領域に、ＢＤ光とＤＶＤ光を収束させるための光路差付与構造（回折構造）が形成される。この光路差付与構造は、ブレーズ型の第１基礎構造と、階段型の第２基礎構造とを重畳させることにより構成される。ここで、第１基礎構造と第２基礎構造は、第１基礎構造の全ての段差部の位置と第２基礎構造の段差部の位置が一致するように重畳される。また、光路差付与構造は、ＢＤ用のレーザ光が入射した場合に発生する回折光のうち、ｘ次回折光が最大の回折効率を有し、ＤＶＤ用のレーザ光が入射した場合に発生する回折光のうち、ｙ次回折光が最大の回折効率を有し、ＣＤ用のレーザ光が入射した場合に発生する回折光のうち、ｚ次回折光が最大の回折効率を有するよう構成される。ここで、ｘ、ｙ、ｚは任意の整数である。
【０００５】
特許文献１の構成によれば、光路差付与構造が第１基礎構造と第２基礎構造とを重畳させることにより構成されるため、回折次数を任意に選択することができ、設計の自由度を高めることができる。また、単一の光路差関数を使用した設計が可能となるため、設計が容易になるとの利点も挙げられている。さらに、第１基礎構造の全ての段差部の位置と第２基礎構造の段差部の位置が一致するため、光路差付与構造がシンプルとなり、その結果、光路差付与構造の形成を設計値に近づけることが可能となって、光量ロスを減らすことができるとの効果も奏され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００９／１４７９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＢＤ用のレーザ光を対物レンズに収束させる場合、開口数が大きいため、ＢＤ用のレーザ光の波長変動に伴う光軸方向の焦点ずれ（軸上色収差）の発生が顕著になるとの問題が生じる。したがって、上記のように３つの波長のレーザ光を収束させる対物レ
ンズでは、ＢＤ光に対して生じる軸上色収差が効果的に抑制されるよう設計がなされるのが望ましい。しかしながら、上記特許文献１には、波長変動によりＢＤ用のレーザ光に生じる軸上色収差を抑制するための具体的手法が示されていない。
【０００８】
加えてＣＤのワーキングディスタンス（０．３５ｍｍ）を保ちながら、レンズを小型化させるため、回折のパワーが大きくなり、レンズの波長依存性が大きくなってしまうという問題もあった。（回折のない場合の軸上色収差は、同じ焦点距離のＢＤ光に対して０．２〜０．４μｍ／ｎｍ）
本発明は、かかる問題を解消するために為されたものであり、軸上色収差を屈折レンズと同等に抑制しながら、回折構造の構成をシンプルにすることが可能な対物レンズおよび当該対物レンズを搭載した光ピックアップ装置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】
【０００９】
本発明の第１の態様は、波長λ１の第１レーザ光と、波長λ２（λ２＞λ１）の第２レーザ光と、波長λ３（λ３＞λ２）の第３レーザ光を、それぞれ、第１ディスク、第２ディスクおよび第３ディスク上に収束させる対物レンズに関する。この態様に係る対物レンズは、前記第１、第２および第３レーザ光が通過するレンズ面と、前記レンズ面に形成された回折構造と、を有する。ここで、前記レンズ面は、少なくとも光軸を含む中央領域と、前記中央領域の周囲に割り当てられる中間領域と、前記中間領域の周囲に割り当てられる周辺領域とに区分され、前記中間領域に形成される前記回折構造は、第１基礎構造と第２基礎構造とが重畳された構造を有する。また、前記中間領域において前記第１レーザ光の位相関数の値が−１より大きく１よりも小さい。
【００１０】
本態様に係る対物レンズによれば、中間領域において第１レーザ光の位相関数の値が−１より大きく１よりも小さく設定されているため、第１レーザ光は、中間領域において回折作用を受け難くなる。これにより、第１レーザ光に対する軸上色収差を効果的に抑制することができ、第１レーザ光を用いて第１ディスクに対する記録／再生を適正に行うことが可能となる。また、このように中間領域において第１レーザ光の位相関数の値が−１より大きく１よりも小さく設定されると、第１基礎構造と第２基礎構造の段差が周期的に揃うようになる。これにより、第１基礎構造と第２基礎構造が重畳された回折構造の構成をシンプルにすることができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、波長λ１の第１レーザ光と、波長λ２（λ２＞λ１）の第２レーザ光と、波長λ３（λ３＞λ２）の第３レーザ光を、それぞれ、第１ディスク、第２ディスクおよび第３ディスク上に収束させる対物レンズに関する。この態様に係る対物レンズは、前記第１、第２および第３レーザ光が通過するレンズ面と、前記レンズ面に形成された回折構造と、を有する。ここで、前記レンズ面は、少なくとも光軸を含む中央領域と、前記中央領域の周囲に割り当てられる中間領域と、前記中間領域の周囲に割り当てられる周辺領域とに区分され、前記中間領域に形成される前記回折構造は、第１基礎構造と第２基礎構造とが重畳された構造を有する。また、前記第１基礎構造による第１位相関数をφ１とし、前記第２基礎構造による第２位相関数をφ２とするとき、φ１とφ２は、係数α、βを整数として、αφ１＝βφ２と規定される。また、前記第１基礎構造は、前記第１、第２および第３レーザ光に対して、それぞれ、２次、１次、１次の回折次数において最大の回折効率を付与するよう構成され、前記第２基礎構造は、前記第１、第２および第３レーザ光に対して、それぞれ、１次、１次、１次の回折次数において最大の回折効率を付与するよう構成される。また、前記係数α、βは、α／β＝−１となるよう設定されている。
【００１２】
本態様に係る対物レンズによれば、たとえば、実施の形態の検証例３に示すように、軸上色収差を効果的に抑制することができる。また、第１位相関数φ１と第２位相関数φ２
は、αφ１＝βφ２となるよう規定されるため、第１基礎構造と第２基礎構造の段差が周期的に揃うようになり、第１基礎構造と第２基礎構造が重畳された回折構造の構成をシンプルにすることができる。さらに、係数α、βが、α／β＝−１となるよう設定されるため、第１基礎構造と第２基礎構造のピッチが一致し、且つ、高さ方向が反対となるため、第１基礎構造と第２基礎構造が重畳された回折構造の構成をさらにシンプルにすることができる。よって、より精度良く対物レンズを形成することができる。
【００１３】
本発明の第３の形態は、光ピックアップ装置に関する。この態様に係る光ピックアップ装置は、上記第１または第２の態様に係る対物レンズと、前記第１、第２および第３レーザ光を出射する光源部と、前記第１、第２および第３ディスクによってそれぞれ反射された前記第１、第２および第３レーザ光を受光する光検出器と、前記光源部から出射された前記第１、第２および第３レーザ光を前記対物レンズへと導くと共に、前記第１、第２および第３ディスクによって反射された前記第１、第２および第３レーザ光を前記光検出器へと導く光学系と、を備える。
【００１４】
本態様に係る光ピックアップ装置によれば、第１レーザ光に対する軸上色収差が効果的に抑制され、また、シンプルな構成により対物レンズを精度良く形成することができるため、第１レーザ光を用いて第１ディスクに対する記録／再生を適正に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のとおり、本発明によれば、軸上色収差を屈折レンズと同等に抑制しながら、回折構造の構成をシンプルにすることが可能な対物レンズおよび当該対物レンズを搭載した光ピックアップ装置を提供することができる。
【００１６】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態によって何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態に適用される対物レンズの構成について説明する図である。
【図２】実施の形態に係る対物レンズの検証例に適用される条件を示す図である。
【図３】実施の形態に係る対物レンズの検証例１について説明する図である。
【図４】実施の形態に係る対物レンズの検証例１について説明する図である。
【図５】実施の形態に係る対物レンズの検証例２について説明する図である。
【図６】実施の形態に係る対物レンズの検証例２について説明する図である。
【図７】実施の形態に係る対物レンズの検証例３について説明する図である。
【図８】実施の形態に係る対物レンズの検証例３について説明する図である。
【図９】実施の形態に係る対物レンズの検証例４について説明する図である。
【図１０】実施の形態に係る対物レンズの検証例４について説明する図である。
【図１１】実施の形態に係る対物レンズの検証例５について説明する図である。
【図１２】実施の形態に係る対物レンズの検証例５について説明する図である。
【図１３】実施の形態に係る対物レンズの検証例における波面収差および軸上色収差について示す図、ならびに実施の形態に係る対物レンズの検証例１の変更例について説明する図である。
【図１４】実施の形態に係る対物レンズの検証例１および３における回折構造を示す図である。
【図１５】実施の形態に係る光ピックアップ装置の光学系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
【００１９】
以下に示す実施の形態において、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光は、それぞれ、本発明の「第１レーザ光」、「第２レーザ光」、「第３レーザ光」に相当する。光源側レンズ面Ｌ１は、本発明の「レンズ面」に相当する。領域Ａ１、Ａ２、Ａ３は、それぞれ、本発明の「中央領域」、「中間領域」、「周辺領域」に相当する。回折構造Ｄ、Ｄ１、Ｄ２は、それぞれ、本発明の「回折構造」、「第１基礎構造」、「第２基礎構造」に相当する。位相関数φ１、φ２は、それぞれ、本発明の「第１位相関数」と「第２位相関数」に相当する。位相関数ΦＡは、本発明の「第１レーザ光の位相関数」に相当する。半導体レーザ１０１は、本発明の「光源部」に相当する。１／２波長板１０２と、ＰＢＳ１０３と、コリメータレンズ１０４と、１／４波長板１０５と、アナモレンズ１０７は、本発明の「光学系」に相当する。本発明と本実施の形態との対応の記載はあくまで一例であって、本発明を本実施の形態に限定するものではない。
【００２０】
＜対物レンズの構成＞
まず、本実施の形態に適用される対物レンズの構成について説明する。
【００２１】
図１（ａ）、（ｂ）は、光ピックアップ装置に用いられる対物レンズＬの構成を示す模式図である。図１（ａ）は、対物レンズＬをレーザ光の入射側から見た場合の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す対物レンズＬをＳ−Ｓ’で切断したときの断面図である。
【００２２】
対物レンズＬの光源側とディスク側には、それぞれ、非球面形状を有する光源側レンズ面Ｌ１とディスク側レンズ面Ｌ２が形成されている。光源側レンズ面Ｌ１には、回折構造Ｄが形成されている。また、光源側レンズ面Ｌ１には、中心領域である領域Ａ１と、領域Ａ１の外周側の領域である領域Ａ２と、領域Ａ２の外周側の領域である領域Ａ３が設定されている。具体的には、図１（ａ）において、光軸が貫く中心Ｐ１を中心とする直径ｄ１、ｄ２、ｄ３の３つの円の領域を想定したとき、領域Ａ１は直径ｄ１の円に対応する領域であり、領域Ａ２は直径ｄ２の円から直径ｄ１の円を除いた領域であり、領域Ａ３は直径ｄ３の円から直径ｄ２の円を除いた領域である。
【００２３】
光源側レンズ面Ｌ１から、ＢＤに対応するレーザ光（以下、「ＢＤ光」という）と、ＤＶＤに対応するレーザ光（以下、「ＤＶＤ光」という）と、ＣＤに対応するレーザ光（以下、「ＣＤ光」という）が入射する場合、領域Ａ１〜Ａ３を通るＢＤ光と、領域Ａ１、Ａ２を通るＤＶＤ光と、領域Ａ１を通るＣＤ光は、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ面上に適正に収束される。すなわち、光源側レンズ面Ｌ１とディスク側レンズ面Ｌ２の非球面形状による屈折作用と、光源側レンズ面Ｌ１の回折構造Ｄによる回折作用により、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光は、対応するディスク上に適正に収束される。
【００２４】
本実施の形態では、領域Ａ１、Ａ２に形成される回折構造Ｄは、２つの回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳されることによって設計され、領域Ａ３に形成される回折構造Ｄは、単一の回折構造によって設計されている。また、領域Ａ１、Ａ２に形成される回折構造Ｄ（Ｄ１、Ｄ２）は、互いに異なっている。
【００２５】
ここで、中心Ｐ１の接平面上において中心Ｐ１からの距離をｒとし、光源側レンズ面Ｌ１の曲率をｃとし、非球面係数をＡ２ｉとし、コーニック係数をｋとすると、光源側レンズ面Ｌ１の非球面形状を示す距離Ｚ１（中心Ｐ１の接平面から当該非球面形状までの距離）は、以下の非球面式（１）により規定される。
【００２６】
【数１】
2014006946.tif 000003
【００２７】
なお、ディスク側から見てディスク側レンズ面Ｌ２の中心をＰ２とし、中心Ｐ２の接平面上において中心Ｐ２からの距離をｒとすると、ディスク側レンズ面Ｌ２の非球面形状を示す距離（サグ量）Ｚ２（中心Ｐ２の接平面から当該非球面形状までの距離）もまた、上記非球面式（１）により規定される。
【００２８】
また、光源側レンズ面Ｌ１において重畳される２つの回折構造Ｄ１、Ｄ２の位相関数をそれぞれφ１、φ２とし、位相関数φ１に基づいて回折構造Ｄ１を生成するためのブレーズ化波長をλＢ１とし、位相関数φ２に基づいて回折構造Ｄ２を生成するためのブレーズ化波長をλＢ２とし、対物レンズＬの屈折率をｎとすると、光源側レンズ面Ｌ１の非球面形状に回折構造Ｄを重畳した面形状を示す距離（サグ量）Ｚ（中心Ｐ１の接平面から当該面形状までの距離）は、以下の式（２）により規定される。
【００２９】
【数２】
2014006946.tif 000004
【００３０】
本実施の形態において、対物レンズＬは、光透過性に優れる樹脂材料からなり、射出成形またはプレス成形により形成される。射出成形の場合、たとえば、光源側レンズ面Ｌ１に対応する金型と、ディスク側レンズ面Ｌ２に対応する金型との間の空間に、溶融した樹脂がゲートから流入され、流入された樹脂と金型が冷却される。その後、２つの金型が離間され、対物レンズＬが取り出される。プレス成形の場合、変形可能なレンズ中間体が、加熱されながら２つの金型でプレスされ、プレスされたレンズ中間体と２つの金型が冷却される。しかる後、２つの金型を離間させて、対物レンズＬが取り出される。射出成形およびプレス成形において、２つの金型には、それぞれ、光源側レンズ面Ｌ１とディスク側レンズ面Ｌ２に対応する被転写面が形成されている。
【００３１】
光源側レンズ面Ｌ１に対応する金型の被転写面は、上記式（２）に示すように、非球面形状に対して、回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳された構造として設計される。このため、回折構造Ｄ１のパターンと回折構造Ｄ２のパターンとが重ね合わされて設計されるパターンには、幅が非常に狭いパターンが含まれることがある。このように、幅が非常に狭いパターンがあると、設計通りに金型の被転写面を形成することが困難になるため、精度良く対物レンズＬを形成することが困難になる。このような金型によって対物レンズＬが形成されると、対物レンズＬにおいて光量ロス等が生じ、対物レンズＬの特性が劣化することが起こり得る。特に領域Ａ２では、領域Ａ１に比べてレンズの傾斜が大きく、一般的に回折本数が密になるため、レンズ加工時に不良が発生しやすくなる。
【００３２】
この問題は、上記式（２）において、回折構造Ｄ１、Ｄ２の段差が周期的に揃うよう回折構造Ｄ１、Ｄ２を調整することにより、解消され得る。これにより、回折構造Ｄ１、Ｄ
２を重畳して形成される回折構造Ｄに、幅が狭いパターンが含まれないようにすることができる。ここで、回折構造Ｄ１、Ｄ２の段差が周期的に揃うようにするには、α、βを整数とすると、上記式（２）に示す位相関数φ１、φ２が、以下の式（３）を満たすように設定されれば良い。
【００３３】
βφ２＝αφ１    …（３）
【００３４】
なお、上記式（３）において、α、βの何れかの値を１または−１とすることで、さらに、回折構造Ｄに幅が狭いパターンが含まれないようにすることができる。
【００３５】
ところで、レーザ光源は、温度変化に応じて出射波長が変化する特性を有している。シングルモードのレーザ光源では、温度変化に応じて階段状に波長が変化する、いわゆるモードホッピングといった現象が生じる。このため、実動作時には、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光の波長が、瞬間的に動作波長からずれることが起こり得る。このように波長が変化すると、対物レンズＬにより収束されるレーザ光に、軸上色収差が生じ、レーザ光の焦点が合わなくなる。ＢＤ光は、ＤＶＤ光およびＣＤ光に比べて開口数が大きいため、軸上色収差の発生がより顕著となる。このため、上記式（３）に従って回折構造Ｄ１、Ｄ２を設計したとしても、軸上色収差の発生によって、ＢＤ光が所望の位置に収束し難くなり、ＢＤ光を用いた記録／再生を適正に行えないことが起こり得る。
【００３６】
そこで、本件出願の発明者は、上記式（３）を満たしながら、ＢＤ光に生じる軸上色収差を効果的に抑制可能な回折構造の検証を行い、望ましいα、βの解を取得した。なお、望ましいα、βの解の探索は、図１（ａ）に示す領域Ａ１〜Ａ３のうち、領域Ａ２についてのみ行った。すなわち、領域Ａ１は、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光の３つのレーザ光に対して有効な領域であるため、これら３つのレーザ光について、上記式（３）の充足と、ＢＤ光に生じる軸上色収差の抑制とを同時に実現するα、βの解を求めることは極めて困難である。そこで、本検証では、ＢＤ光とＤＶＤ光の２つのレーザ光に対して有効な領域Ａ２について、望ましいα、βの解を求めた。なお、領域Ａ１については、上記式（３）を充足するとの条件が満たされておらず、回折構造Ｄ１、Ｄ２の段差は、周期的に揃っていない。ただし、後述のように、領域Ａ１、Ａ３も、領域Ａ２と相俟って、ＢＤ光の収束特性に影響を与えるため、以下の検証例では、領域Ａ１、Ａ３についても、好ましい設計例が示されている。
【００３７】
以下、本件出願の発明者が行った検証例１〜５について説明する。
【００３８】
なお、以下の検証例では、光源側レンズ面Ｌ１とディスク側レンズ面Ｌ２が、上記式（１）にて示される非球面式のパラメータと、光源側レンズ面Ｌ１に形成された回折構造Ｄに対する各レーザ光の位相関数Φ（後述のΦＡ、ΦＢ）のパラメータによって規定されている。ここで、位相関数Φは、以下の式（４）により規定される。
【００３９】
【数３】
2014006946.tif 000005
【００４０】
式（４）において、Ｃ２ｉは、位相係数である。
【００４１】
なお、以下では、ＢＤ光が回折構造に入射したときＥ１次回折光が最大の回折効率を有し、ＤＶＤ光が回折構造に入射したときＥ2次回折光が最大の回折効率を有し、ＣＤ光が
回折構造に入射したときＥ3次回折光が最大の回折効率を有する場合、この回折構造は“
Ｅ１／Ｅ２／Ｅ３”に設定されていると表記するものとする。回折構造Ｄ１、Ｄ２が、それぞれＥ１１／Ｅ１２／Ｅ１３、Ｅ2１／Ｅ2２／Ｅ2３に設定され、Ｅ１２＝Ｅ１３、Ｅ2２＝Ｅ2３であるとき、ＢＤ光の位相関数をΦＡとし、ＤＶＤ光とＣＤ光の位相関数をΦ
Ｂとすると、位相関数ΦＡ、ΦＢは、以下の式（５）、（６）により規定される。
【００４２】
ΦＡ＝Ｅ１１φ１＋Ｅ2１φ２    …（５）
ΦＢ＝Ｅ１２φ１＋Ｅ2２φ２    …（６）
【００４３】
＜検証条件＞
検証例１〜５における共通の条件は、以下の通りである。
【００４４】
領域Ａ１、Ａ２に適用される回折構造Ｄ１、Ｄ２は、それぞれ２／１／１、１／１／１に設定されている。この設定は、重畳後の回折構造Ｄに対するＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光の回折効率が最も高くなる組合せである。領域Ａ３に適用される回折構造Ｄ１は、２／１／１に設定されている。なお、回折構造Ｄ１、Ｄ２が、それぞれ２／１／１、１／１／１に設定される場合、上記式（５）、（６）から、位相関数ΦＡ、ΦＢは、以下のようになる。
【００４５】
ΦＡ＝２φ１＋φ２    …（７）
ΦＢ＝φ１＋φ２    …（８）
【００４６】
領域Ａ１〜Ａ３におけるブレーズ化波長λＢ１、λＢ２は、図２（ａ）に示すように設定されている。上記のように、領域Ａ３の回折構造Ｄは、回折構造Ｄ１のみから形成されているため、領域Ａ３のブレーズ化波長λＢ２は設定されていない。
【００４７】
ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光の波長は、図２（ｂ）に示すように設定されている。また、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光の開口数（ＮＡ）および対応するディスクのカバー層の厚み（カバー厚）は、図２（ｂ）に示すように設定されている。
【００４８】
ＢＤ光の有効径（図１（ａ）の直径ｄ３）は、図２（ｃ）に示すように、３．０ｍｍに設定されている。図２（ｃ）に示すように、領域Ａ１の有効径は、図２（ｂ）の開口数を実現するため、各検証例において同一ではない。同様に、領域Ａ２、Ａ３の有効径も、各検証例において同一ではない。
【００４９】
ＢＤ光の焦点距離ｆは１．７６ｍｍに設定されている。なお、対物レンズＬの中心厚（中心Ｐ１、Ｐ２の距離）は、検証例を互いに比較することができるよう２．０ｍｍに固定されている。ＣＤのワーキングディスタンス（ＷＤ）は、０．３５ｍｍに固定されている。領域Ａ１〜Ａ３の隣り合う２つの領域の境界における回折構造Ｄの段差は、２μｍ以内になるよう設定されている。対物レンズＬの材料として、三井化学製のAPEL5014DPが用いられる。これにより、対物レンズＬの屈折率Ｎｄ、アッベ数Ｖｄ、線熱膨張係数は、それぞれ、１．５４４、５６、６．５×１０−５に設定される。設計時に想定される対物レンズＬの温度は、３５℃である。
【００５０】
＜検証例１＞
検証例１では、領域Ａ２に適用される上記式（３）のβ、αの値が、それぞれ１、−２に設定される。対物レンズＬは、この条件のもと、入射するＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光が、所望の位置に収束するよう設計される。以下に、本検証例における対物レンズＬの設計
内容を示す。
【００５１】
図２（ｃ）に示すように、領域Ａ１は直径２．０４ｍｍの円の領域に設定され、領域Ａ２は直径２．５２ｍｍの円から直径２．０４ｍｍの円を除いた領域に設定され、領域Ａ３は直径３．０ｍｍの円から直径２．５２ｍｍの円を除いた領域に設定される。
【００５２】
光源側レンズ面Ｌ１の非球面形状を示すＺ１と、ディスク側レンズ面Ｌ２の非球面形状を示すＺ２において、１／ｃ、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６の値は、図３（ａ）に示すように設定される。なお、光源側レンズ面Ｌ１の非球面形状を示すＺ１の上記９つの値は、領域Ａ１〜Ａ３ごとに設定される。ＢＤ光の位相関数ΦＡと、ＤＶＤ光とＣＤ光の位相関数ΦＢにおいて、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１２、Ｃ１４の値は、図３（ｂ）に示すように設定される。なお、位相関数ΦＡ、ΦＢの上記７つの値は、領域Ａ１〜Ａ３ごとに設定される。
【００５３】
図３（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図３（ｂ）に示すように各値が設定された場合の位相関数ΦＡ、ΦＢを示す図である。横軸は、中心Ｐ１の接平面上において中心Ｐ１からの距離ｒを示しており、縦軸は位相関数ΦＡ、ΦＢの値を示している。
【００５４】
位相関数ΦＡは、図３（ｃ）に示すように、領域Ａ１において、正の値を有すると共に極値を有し、領域Ａ３において、負の値を有すると共に径が大きくなるに従って負の方向に変化している。領域Ａ２では、式（３）のβ、αの値がそれぞれ１、−２であるため、位相関数ΦＡは、０となっている。ずなわち、式（３）のβ、αにそれぞれ１、−２を代入すると、φ２＝−２φ１となり、これを、上記式（７）に代入すると、ΦＡ＝２φ１−２φ１＝０となる。よって、領域Ａ２における位相関数ΦＡは、０となる。
【００５５】
位相関数ΦＢは、図３（ｄ）に示すように、領域Ａ１、Ａ２において正の値を有すると共に、径が大きくなるに従って正の方向に変化している。
【００５６】
図４（ａ）は、本検証例において上記のように設定された対物レンズＬの断面図である。図４（ａ）には、ＢＤ光がＢＤに対して適正に収束する状態が示されている。図４（ａ）に示された一点鎖線は、対物レンズＬを通るＢＤ光の光線を示している。
【００５７】
図４（ｂ）は、本検証例において上記のように設定された対物レンズＬの、領域Ａ２における回折構造Ｄ１、Ｄ２を示す図である。横軸は回折構造のピッチを示しており、縦軸は回折構造の高さを示している。
【００５８】
上記のように、式（３）のβ、αの値がそれぞれ１、−２に設定されているため、回折構造Ｄ２のピッチは回折構造Ｄ１のピッチの２倍となっている。このため、回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳された回折構造Ｄには、幅が非常に狭いパターンが生じることがない。また、回折構造Ｄ１、Ｄ２の高さの方向が互いに反対であるため、回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳された回折構造Ｄの高さは、低く抑えられる。
【００５９】
図４（ｃ）〜（ｅ）は、対物レンズＬに入射したＢＤ光に生じる波面収差を示す図である。横軸は正規化された入射瞳座標ｒを示しており、縦軸は瞳座標における（光線と主光線との間の）光路長の差ｗを示している。また、縦軸は、±０．５λの範囲を示している。
【００６０】
図４（ｃ）は、本検証例において、対物レンズＬの温度が３５℃のときのＢＤ光の波面の状態を示す図である。この場合、ＢＤ光には、波面収差が略生じていない。しかしながら、実動作時には、対物レンズＬの温度が、設計時に想定された３５℃から６５℃程度に
まで上昇し、また、ＢＤ光の波長は、レーザ光源の製造誤差等によって、設計時に想定された４０５ｎｍから５ｎｍ程度変化し得る。
【００６１】
図４（ｄ）は、本検証例において、対物レンズＬの温度が６５℃に到達したときの波面の状態を示す図である。図４（ｄ）から、対物レンズＬの温度が６５℃の場合、ＢＤ光には、温度変化に基づく波面収差が発生することが分かる。図４（ｅ）は、対物レンズＬに入射するＢＤの波長が設計時の４０５ｎｍから＋５ｎｍ上昇したときの波面の状態を示す図である。この場合も、ＢＤ光には、波長変動に基づく波面収差が発生することが分かる。なお、図４（ｅ）では、対物レンズＬの温度は、３５℃とされている。
【００６２】
通常、対物レンズＬは、図４（ｄ）、（ｅ）に示す波面収差が、記録／再生特性に支障を与えない程度の大きさに抑制されるよう、設計される。すなわち、ＢＤ光に生じる軸上色収差を抑制する場合には、その前提として、図４（ｄ）、（ｅ）に示す波面収差が、所定の閾値よりも小さくなることが要求される。
【００６３】
本検証例における波面収差と、軸上色収差の具体的数値は、追って、他の検証例における具体的数値とともに、図１３（ａ）に示され、評価される。
【００６４】
＜検証例２＞
検証例２では、領域Ａ２に適用される上記式（３）のβ、αの値が、それぞれ１、−３に設定される。対物レンズＬは、この条件のもと、入射するＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光が、所望の位置に収束するよう設計される。以下に、本検証例における対物レンズＬの設計内容を示す。
【００６５】
図２（ｃ）に示すように、領域Ａ１〜Ａ３は、上記検証例と同様に設定される。非球面形状を示すＺ１、Ｚ２において、１／ｃ、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６の値は、図５（ａ）に示すように設定される。位相関数ΦＡ、ΦＢにおいて、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１２、Ｃ１４の値は、図５（ｂ）に示すように設定される。
【００６６】
図５（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図５（ｂ）に示すように各値が設定された場合の位相関数ΦＡ、ΦＢを示す図である。位相関数ΦＡは、図５（ｃ）に示すように、領域Ａ１〜Ａ３において正の値を有する。位相関数ΦＢは、図５（ｄ）に示すように、領域Ａ１、Ａ２において正の値を有する。
【００６７】
図６（ａ）は、本検証例において上記のように設定された対物レンズＬの断面図である。図６（ａ）に示された一点鎖線は、対物レンズＬを通るＢＤ光の光線を示している。
【００６８】
図６（ｂ）は、本検証例において上記のように設定された対物レンズＬの、領域Ａ２における回折構造Ｄ１、Ｄ２を示す図である。本検証例では、β、αの値がそれぞれ１、−３に設定されているため、回折構造Ｄ２のピッチは回折構造Ｄ１のピッチの３倍となっている。このため、上記検証例と同様、回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳された回折構造Ｄには、幅が非常に狭いパターンが生じることがない。また、回折構造Ｄ１、Ｄ２の高さの方向が互いに反対であるため、回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳された回折構造Ｄの高さが低く抑えられる。
【００６９】
図６（ｃ）〜（ｅ）は、上記検証例と同様、対物レンズＬに入射したＢＤ光に生じる波面収差を示す図である。この場合も、３５℃においては、波面収差は略生じていない。また、６５℃において、温度変化に基づく波面収差が発生し、さらに、ＢＤの波長が設計時から＋５ｎｍ上昇したときにも、波長変動に基づく波面収差が発生している。
【００７０】
＜検証例３＞
検証例３では、領域Ａ２に適用される上記式（３）のβ、αの値が、それぞれ１、−１に設定される。対物レンズＬは、この条件のもと、入射するＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光が、所望の位置に収束するよう設計される。以下に、本検証例における対物レンズＬの設計内容を示す。
【００７１】
図２（ｃ）に示すように、領域Ａ１は直径２．１８ｍｍの円の領域に設定され、領域Ａ２は直径２．７０ｍｍの円から直径２．１８ｍｍの円を除いた領域に設定され、領域Ａ３は直径３．０ｍｍの円から直径２．７０ｍｍの円を除いた領域に設定される。非球面形状を示すＺ１、Ｚ２において、１／ｃ、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６の値は、図７（ａ）に示すように設定される。位相関数ΦＡ、ΦＢにおいて、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１２、Ｃ１４の値は、図７（ｂ）に示すように設定される。
【００７２】
図７（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図７（ｂ）に示すように各値が設定された場合の位相関数ΦＡ、ΦＢを示す図である。位相関数ΦＡは、図７（ｃ）に示すように、領域Ａ１〜Ａ３において負の値を有する。位相関数ΦＢは、図７（ｄ）に示すように、領域Ａ１において正の値を有し、領域Ａ２において０となっている。
【００７３】
図８（ａ）は、本検証例において上記のように設定された対物レンズＬの断面図である。図８（ａ）に示された一点鎖線は、対物レンズＬを通るＢＤ光の光線を示している。
【００７４】
図８（ｂ）は、本検証例において上記のように設定された対物レンズＬの、領域Ａ２における回折構造Ｄ１、Ｄ２を示す図である。本検証例では、β、αの値がそれぞれ１、−１に設定されているため、回折構造Ｄ２のピッチは回折構造Ｄ１のピッチと等しくなっており、回折構造Ｄ１、Ｄ２の高さの方向は互いに反対となっている。このため、上記検証例と同様、回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳された回折構造Ｄには、幅が非常に狭いパターンが生じることがなく、また、回折構造Ｄの高さが低く抑えられる。また、回折構造Ｄ１、Ｄ２のピッチが等しいため、上記検証例に比べて、回折構造Ｄの形状を簡素にすることができる。
【００７５】
図８（ｃ）〜（ｅ）は、上記検証例と同様、対物レンズＬに入射したＢＤ光に生じる波面収差を示す図である。この場合も、３５℃においては、波面収差は略生じていない。また、６５℃において、温度変化に基づく波面収差が発生し、さらに、ＢＤの波長が設計時から＋５ｎｍ上昇したときにも、波長変動に基づく波面収差が発生している。
【００７６】
＜検証例４＞
検証例４では、領域Ａ２に適用される上記式（３）のβ、αの値が、それぞれ１、−４に設定される。対物レンズＬは、この条件のもと、入射するＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光が、所望の位置に収束するよう設計される。以下に、本検証例における対物レンズＬの設計内容を示す。
【００７７】
図２（ｃ）に示すように、領域Ａ１は直径２．０２ｍｍの円の領域に設定され、領域Ａ２は直径２．５１ｍｍの円から直径２．０２ｍｍの円を除いた領域に設定され、領域Ａ３は直径３．０ｍｍの円から直径２．５１ｍｍの円を除いた領域に設定される。非球面形状を示すＺ１、Ｚ２において、１／ｃ、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６の値は、図９（ａ）に示すように設定される。位相関数ΦＡ、ΦＢにおいて、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１２、Ｃ１４の値は、図９（ｂ）に示すように設定される。
【００７８】
図９（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図９（ｂ）に示すように各値が設定された場合の位相関数ΦＡ、ΦＢを示す図である。位相関数ΦＡは、図９（ｃ）に示すように、領域Ａ１〜Ａ３において正の値を有する。位相関数ΦＢは、図９（ｄ）に示すように、領域Ａ１、Ａ２において正の値を有する。
【００７９】
図１０（ａ）は、本検証例において上記のように設定された対物レンズＬの断面図である。図１０（ａ）に示された一点鎖線は、対物レンズＬを通るＢＤ光の光線を示している。
【００８０】
図１０（ｂ）は、本検証例において上記のように設定された対物レンズＬの、領域Ａ２における回折構造Ｄ１、Ｄ２を示す図である。本検証例では、β、αの値がそれぞれ１、−４に設定されているため、回折構造Ｄ２のピッチは回折構造Ｄ１のピッチの４倍となっており、回折構造Ｄ１、Ｄ２の高さの方向は互いに反対となっている。このため、上記検証例と同様、回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳された回折構造Ｄには、幅が非常に狭いパターンが生じることがなく、また、回折構造Ｄの高さが低く抑えられる。
【００８１】
図１０（ｃ）〜（ｅ）は、上記検証例と同様、対物レンズＬに入射したＢＤ光に生じる波面収差を示す図である。この場合も、３５℃においては、波面収差は略生じていない。また、６５℃において、温度変化に基づく波面収差が発生し、さらに、ＢＤの波長が設計時から＋５ｎｍ上昇したときにも、波長変動に基づく波面収差が発生している。
【００８２】
＜検証例５＞
検証例５では、領域Ａ２に適用される上記式（３）のβ、αの値が、それぞれ１、０に設定される。対物レンズＬは、この条件のもと、入射するＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光が、所望の位置に収束するよう設計される。以下に、本検証例における対物レンズＬの設計内容を示す。
【００８３】
図２（ｃ）に示すように、領域Ａ１は直径１．８６ｍｍの円の領域に設定され、領域Ａ２は直径２．２５ｍｍの円から直径１．８６ｍｍの円を除いた領域に設定され、領域Ａ３は直径３．０ｍｍの円から直径２．２５ｍｍの円を除いた領域に設定される。非球面形状を示すＺ１、Ｚ２において、１／ｃ、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６の値は、図１１（ａ）に示すように設定される。位相関数ΦＡ、ΦＢにおいて、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１２、Ｃ１４の値は、図１１（ｂ）に示すように設定される。
【００８４】
図１１（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図１１（ｂ）に示すように各値が設定された場合の位相関数ΦＡ、ΦＢを示す図である。位相関数ΦＡは、図１１（ｃ）に示すように、領域Ａ１〜Ａ３において正の値を有する。位相関数ΦＢは、図１１（ｄ）に示すように、領域Ａ１、Ａ２において正の値を有する。
【００８５】
図１２（ａ）は、本検証例において上記のように設定された対物レンズＬの断面図である。図６（ａ）に示された一点鎖線は、対物レンズＬを通るＢＤ光の光線を示している。
【００８６】
図１２（ｂ）は、本検証例において上記のように設定された対物レンズＬの、領域Ａ２における回折構造Ｄ１、Ｄ２を示す図である。本検証例では、回折構造Ｄ２のみによって回折構造Ｄが形成されるため、上記検証例と同様、回折構造Ｄには、幅が非常に狭いパターンが生じることがない。
【００８７】
図１２（ｃ）〜（ｅ）は、上記検証例と同様、対物レンズＬに入射したＢＤ光に生じる
波面収差を示す図である。この場合、３５℃において、対物レンズＬの周辺部分で波面収差がやや生じている。また、６５℃において、温度変化に基づく波面収差が発生し、さらに、ＢＤの波長が設計時から＋５ｎｍ上昇したときにも、波長変動に基づく波面収差が大きく発生している。
【００８８】
＜検証結果＞
図１３（ａ）は、検証例１〜５における収差の発生状態を纏めた図である。なお、図１３（ａ）には、各検証例において設定されたα、βの値が併せて示されている。
【００８９】
図１３（ａ）の列２の各欄には、それぞれ、検証例１〜５による設計にて得られたＢＤ光の軸上色収差の値が示されている。ここでは、ＢＤ光の波長を４０５ｎｍから＋５ｎｍ変化させたときに生じる軸上色収差を５ｎｍで割った値が示されている。すなわち、ＢＤ光の波長が４０５ｎｍから１ｎｍ変化する毎に変化する軸上色収差の変化量が示されている。
【００９０】
また、図１３（ａ）の列１の各欄には、それぞれ、図４（ｄ）、図６（ｄ）、図８（ｄ）、図１０（ｄ）、図１２（ｄ）に示された対物レンズＬの温度変化に基づく波面収差、すなわち、対物レンズＬの温度が６５℃であるときの波面収差が数値として示されている。さらに、図１３（ａ）の列３の各欄には、それぞれ、図４（ｅ）、図６（ｅ）、図８（ｅ）、図１０（ｅ）、図１２（ｅ）に示されたＢＤ光の波長変動に基づく波面収差が数値として示されている。
【００９１】
図１３（ａ）に示された各検証例の検証結果を参照すると、検証例５を除く検証例１〜４では、列１および列３の波面収差が１５０未満に抑制されている。通常、波面収差が１５０未満程度であれば、光ピックアップ装置に配置された収差補正手段（コリメータレンズの移動）によって、波面収差を、記録／再生特性に支障が無い程度にまで補正することができる。したがって、検証例１〜４による対物レンズＬは、波面収差との関係からは、記録／再生に適する対物レンズとなり得る。
【００９２】
次に、図１３（ａ）の列２に示された各検証例の軸上色収差を参照すると、検証例１、３では、軸上色収差（絶対値）が０．４以下に抑制されており、検証例２、４では、軸上色収差が０．４を大きく超えている。軸上色収差は、ＢＤ光のフォーカスずれに絡むものであって、コリメータレンズ等の補正手段によっては適正に補正できないため、ＢＤ光による記録／再生動作に大きな影響を与える。このため、軸上色収差は、小さく抑えられる必要がある。本件出願の発明者による検討では、軸上色収差が０．６程度である場合、対物レンズＬは、ＢＤ光による記録／再生には、全く用いることができないものであった。また、軸上色収差は、０．４以下であれば回折のない屈折レンズと同等に扱うことができるため、０．４以下に抑えられるのが望ましい。
【００９３】
このことからすると、上記検証例１〜４のうち、検証例２、４の設計による対物レンズＬは記録／再生に用いることができず、検証例１、３の設計による対物レンズＬが、記録／再生に適する対物レンズとなり得る。すなわち、上記式（３）のパラメータ（α、β）の値を、（−２、１）または（−１、１）に設定することにより、波面収差を抑えながら、軸上色収差を記録／再生に適する程度に抑制することができる。
【００９４】
＜検証例１、３の設計による効果＞
検証例１、３に従って対物レンズＬを構成すると、以下のような効果が奏され得る。
【００９５】
検証例１、３によれば、図１３（ａ）の列２に示す軸上色収差の値（絶対値）が０．４０以下となっているため、軸上色収差による記録／再生特性への影響を、効果的に抑制す
ることができる。これにより、屈折レンズと同程度にまで、軸上色収差が抑制され得る。
【００９６】
また、検証例１、３によれば、図４（ｂ）、図８（ｂ）に示すように回折構造Ｄ１、Ｄ２が設定されるため、回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳された回折構造Ｄの構造をシンプルにすることができる。よって、対物レンズＬを形成するための金型の被転写面を設計通りに形成することができるため、精度良く対物レンズＬを形成することができる。
【００９７】
また、検証例１、３によれば、図４（ｂ）、図８（ｂ）に示すように、回折構造Ｄ１、Ｄ２の方向が互いに反対となっているため、回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳された回折構造Ｄの高さを低く抑えることができる。特に、検証例３によれば、図８（ｂ）に示すように、回折構造Ｄ１、Ｄ２のピッチが等しいため、一つの溝に複数の溝が重畳されることがなく、検証例１に比べて、回折構造Ｄの形状をさらに簡素にすることができる。
【００９８】
図１４（ａ）〜（ｄ）は、検証例１、３において、光源側レンズ面Ｌ１の領域Ａ２に形成される回折構造Ｄを示す図である。検証例１では、図１４（ａ）に示す回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳されることにより、図１４（ｃ）に示す回折構造Ｄが形成される。また、検証例３では、図１４（ｂ）に示す回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳されることにより、図１４（ｄ）に示す回折構造Ｄが形成される。図１４（ｃ）、（ｄ）に示すとおり、検証例１、３によれば、回折構造Ｄに微細な溝構造が生じず、回折構造Ｄの構造をシンプルにすることができる。また、高さ方向が反対の２つの回折構造Ｄ１、Ｄ２が重畳されるため、回折構造Ｄの高さを低く抑えることができる。さらに、図１４（ｃ）、（ｄ）を比較して分かるとおり、検証例３によれば、検証例１に比べて、回折構造Ｄの構造をシンプルにすることができる。
【００９９】
以上のように、検証例１、３によれば、軸上色収差を効果的に抑制しながら、回折構造Ｄの構成をシンプルにすることが可能な対物レンズＬを実現することができる。
【０１００】
加えて、検証例１によれば、図３（ｃ）に示すように、領域Ａ１における位相関数ΦＡの値が正であり、領域Ａ１に形成された回折構造ＤのＢＤ光に対する回折パワーが負であるため、領域Ａ１の回折本数を減少させることができる。すなわち、ΦＢが正であるため、同符号のΦＡを用いることにより、２ΦＢ−ΦＡ（＝φ２）とΦＡ−ΦＢ（＝φ１）の値が小さくなるため、領域Ａ１の回折本数を減少させることができる。
【０１０１】
また、検証例１によれば、図３（ｃ）に示すように、位相関数ΦＡが、領域Ａ１において極値を有しているため、領域Ａ１と領域Ａ２との境界部分における位相関数ΦＡの段差を小さくすることができる。これにより、領域Ａ１と領域Ａ２の境界段差を小さくすることができる。なお、位相段差のように段差をｎ×λ分シフトさせて境界段差を小さくすることは可能だが、波長や温度の変化時に高次収差になりやすい。
【０１０２】
また、検証例１によれば、図３（ｃ）に示すように、領域Ａ３において、位相関数ΦＡの値が負となっているため、ＢＤ光に対する温度特性（温度変化による波面収差）と波長特性（波長変動による波面収差）を良好にすることができる。これは、回折の波長依存性が屈折系とは反対方向になるため、屈折と同じ方向の回折パワーをもたせることで、回折構造が色収差を低減する方向に働くためである。
【０１０３】
なお、検証例１によれば、位相関数ΦＡの値は、図３（ｃ）に示すように、領域Ａ２において０となっている。したがって、領域Ａ２では、ＢＤ光に対する回折構造Ｄの回折パワーは０となり、ＢＤ光は、領域Ａ２において回折作用を受けないことになる。すなわち、検証例１では、領域Ａ２におけるＢＤ光への回折作用を無くすことにより、ＢＤ光に対する軸上色収差が改善されている。したがって、検証例１で用いられた回折次数（２／１
／１）、（１／１／１）以外の回折次数が回折構造Ｄ１、Ｄ２に用いられるような場合にも、領域Ａ２において位相関数ΦＡを０にすることにより、ＢＤ光に生じる軸上色収差を効果的に抑制できるものと推察され得る。
【０１０４】
通常、回折構造Ｄは、対物レンズＬの光源側レンズ面Ｌ１およびディスク側レンズ面Ｌ２による収束作用を最適化するために設けられる。しかしながら、ＢＤ光に波長変動が生じると、回折構造Ｄによる光学作用の補正が過剰となり、これを一つの要因として、ＢＤ光に軸上色収差が生じるものと考えられる。検証例１では、位相関数ΦＡの値を領域Ａ２において０にすることで、このような回折構造Ｄによる過剰補正が領域Ａ２において生じないようにし、その結果、全体的な軸上色収差が抑制されたものと考えられる。したがって、検証例１以外の条件が設定されるような場合、たとえば、回折次数（２／１／１）、（１／１／１）以外の回折次数が回折構造Ｄ１、Ｄ２に適用されるような場合にも、検証例１と同様、領域Ａ２において位相関数ΦＡの値を０に設定することにより、ＢＤ光に生じる軸上色収差を効果的に抑制できるものと推察される。回折構造Ｄ１、Ｄ２の回折次数が２／１／１、１／１／１以外の場合にも、領域Ａ２において、位相関数ΦＡの値が０に設定されると、上記式（３）が満たされ、回折構造Ｄの構成をシンプルにすることができる。
【０１０５】
なお、検証例１においては、図３（ｃ）に示すように領域Ａ２における位相関数ΦＡの値は０となっているが、これに限らず、位相関数ΦＡの値は、０付近の他の値を持っていても良い。たとえば、図１３（ｂ）に示すように、領域Ａ２における位相関数ΦＡの値が０付近で変化しても良い。この場合、図１３（ｂ）に示すように、領域Ａ２における位相関数ΦＡの値は、−１より大きく１よりも小さい範囲に収まるのが望ましい。領域Ａ２における位相関数ΦＡの値は、０に限らず、たとえば、−１より大きく１よりも小さい範囲で自由に値を持つようにしても良い。このように、位相関数ΦＡが−１よりも大きく１よりも小さい範囲に収まるように設定すると、ＢＤ光に対して位相の変化が起こらず、図１３（ｂ）と図３（ｃ）に示す位相関数ΦＡに基づいて形成される回折構造Ｄは、互いに略同じものとなる。このため、図１３（ｂ）に示すように位相関数ΦＡが設定される場合も、上記検証例１と同様の効果が奏され得る。
【０１０６】
なお、検証例３では、図７（ｃ）に示すように、位相関数ΦＡの値が、領域Ａ２において、０になっていない。このため、検証例３において、ＢＤ光は、領域Ａ２における回折構造Ｄによって、正のパワーの回折作用を受ける。しかし、検証例３では、ＢＤ光の波長が変化する際に、回折構造Ｄによる正のパワーの回折作用が過剰に作用せず、その結果、ＢＤ光に生じる軸上色収差が抑制されたものと考えられる。このように、領域Ａ２における位相関数ΦＡの値が０でない場合にも、他のパラメータの設定と相俟って、ＢＤ光に生じる軸上色収差を効果的に抑制できる場合がある。
【０１０７】
なお、本件出願の発明者は、上記検証例１〜５以外にも、同様の条件のもと、α、βの値を変更して、軸上色収差を抑制可能な解を探索した。たとえば、β＝２、α＝−１の場合と、β＝３、α＝−１の場合についても、同様の検証を行った。しかしながら、発明者が行った他の検証では、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光を適正に収束させることができず、好ましい対物レンズの性能を実現することができなかった。よって、回折構造Ｄ１、Ｄ２に適用される回折次数が、それぞれ、２／１／１、１／１／１である場合、α、βの値は、上記検証例１、３のように設定されるのが望ましく、これにより、効果的にＢＤ光の軸上色収差を抑制することが可能となる。
【０１０８】
＜光ピックアップ装置＞
以下、上記検証例１または３に基づいて形成された対物レンズＬを用いた光ピックアップ装置の構成例について説明する。本構成例は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応可能な光ピッ
クアップ装置に本発明を適用したものである。
【０１０９】
図１５は、光ピックアップ装置１の光学系を示す図である。
【０１１０】
光ピックアップ装置１は、半導体レーザ１０１と、１／２波長板１０２と、偏光ビームスプリッタ１０３と、コリメータレンズ１０４と、１／４波長板１０５と、アパーチャ１０６と、対物レンズＬと、アナモレンズ１０７と、光検出器１０８を備えている。これら光学系の各部は、光ピックアップ装置１のハウジングに設置されている。
【０１１１】
半導体レーザ１０１は、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光を同一方向に出射する。１／２波長板１０２は、半導体レーザ１０１から出射されたＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光の偏光方向が、偏光ビームスプリッタ１０３に対してＰ偏光となるように、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光の偏光方向を調整する。偏光ビームスプリッタ１０３は、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光（Ｐ偏光）を略全透過するとともに、コリメータレンズ１０４側から入射されるレーザ光（Ｓ偏光）を略全反射する。
【０１１２】
コリメータレンズ１０４は、偏光ビームスプリッタ１０３側から入射するＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光を平行光に変換する。駆動機構１２１は、コリメータレンズ１０４にＢＤ光が入射する場合に、制御信号に応じて、コリメータレンズ１０４の位置を光軸方向に変位させる。これにより、ＢＤ光に生じる収差（波面収差）が補正される。コリメータレンズ１０４により平行光とされたＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光は、１／４波長板１０５に入射する。
【０１１３】
１／４波長板１０５は、コリメータレンズ１０４側から入射するＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光を円偏光に変換するとともに、対物レンズＬ側から入射するＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光を、コリメータレンズ１０４側から入射する際の偏光方向に直交する直線偏光に変換する。これにより、ディスクからの反射光は偏光ビームスプリッタ１０３により反射される。
【０１１４】
対物レンズＬは、上記対物レンズの検証例１または３に基づいて形成されており、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光を、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対して適正に収束させるよう構成されている。対物レンズＬは、ホルダ１２２に保持された状態で、対物レンズアクチュエータ１２３により、フォーカス方向およびトラッキング方向に駆動される。アパーチャ１０６は、対物レンズＬに対するＢＤ光の有効径が適正となるように、ＢＤ光のビーム形状を円形形状に調整する。
【０１１５】
アナモレンズ１０７は、偏光ビームスプリッタ１０３側から入射するＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光に非点収差を導入する。アナモレンズ１０７を透過したＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光は、光検出器１０８に入射する。光検出器１０８は、各光を受光するための複数のセンサを有している。
【０１１６】
＜光ピックアップ装置の効果＞
本構成例に係る光ピックアップ装置１によれば、以下の効果が奏され得る。
【０１１７】
上記検証例１または３に基づいて形成された対物レンズＬが用いられるため、上述のように、対物レンズＬの回折構造Ｄの加工精度が高くなり、このため、ＢＤ光をＢＤに対して適正に収束させることができる。
【０１１８】
また、上記検証例１または３に基づいて形成された対物レンズＬは、図１３（ａ）に示すように収差（軸上色収差、波面収差）が低く抑えられるため、ＢＤ光に基づいてＢＤに
対して精度良く情報の読み取りと書き込みを行うことができる。
【０１１９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
【０１２０】
たとえば、上記検証例１、３では、βの値は正とされたが、αとβの符号は上記検証例１、３の場合と逆であっても良い。また、上記検証例１、３では、α、βの値は整数とされたが、α、βの値の比（α／β）が上記検証例１、３と同じであれば、α、βの値は他の値であっても良い。すなわち、α、βの値は、上記式（３）において、位相関数φ１、φ２の比を規定するものであり、上記検証例１、３で示した値に限られるものではない。このように、α／βの値が、上記検証例１、３と同様に設定されると、収差を適正に抑制することができる。
【０１２１】
なお、式（３）のα、βの値は、少なくとも何れか一方が１またはー１であることが望ましい。すなわち、α、βの値の両方が１またはー１ではなく、且つ、互いに異なる整数である場合、回折構造Ｄ１、Ｄ２の一方の段差のピッチが他方の段差のピッチの整数倍にならないため、一方の段差が他方の段差からややずれて、幅が狭いパターンが生じる可能性がある。したがって、α、βの値は、少なくとも何れか一方が、１または−１となるよう設定されるのが望ましい。
【０１２２】
また、上記対物レンズＬの検証例１〜５では、回折構造Ｄ１、Ｄ２は、それぞれ２／１／１、１／１／１に設定されたが、これに限らず、各レーザ光に対して他の回折次数において最大の回折効率となるよう設定されても良い。ただし、上記のように、回折構造は、２／１／１、１／１／１で設定される場合に最も回折効率が高められるため、上記検証例のように２／１／１、１／１／１に設定されるのが望ましい。
【０１２３】
また、光ピックアップ装置の構成も、図１５に示す構成に限定されるものではない。たとえば、図１５の構成例において、半導体レーザ１０１は、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光を出射するよう構成されたが、これに限らず、ＢＤ光を出射する半導体レーザと、ＤＶＤ光とＣＤ光を出射する半導体レーザとが用いられても良い。この場合、これら２つの半導体レーザから出射されるレーザ光の光軸が、波長に応じて光を反射または透過させるダイクロイックミラーにより、一致される。
【０１２４】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１  …  光ピックアップ装置
１０１  …  半導体レーザ（光源部）
１０２  …  １／２波長板（光学系）
１０３  …  ＰＢＳ（光学系）
１０４  …  コリメータレンズ（光学系）
１０５  …  １／４波長板（光学系）
１０７  …  アナモレンズ（光学系）
１０８  …  光検出器
Ａ１  …  領域（中央領域）
Ａ２  …  領域（中間領域）
Ａ３  …  領域（周辺領域）
Ｄ  …  回折構造
Ｄ１  …  回折構造（第１基礎構造）
Ｄ２  …  回折構造（第２基礎構造）
Ｌ  …  対物レンズ
Ｌ１  …  光源側レンズ面（レンズ面）
【図１】
2014006946.tif 000006
【図２】
2014006946.tif 000007
【図３】
2014006946.tif 000008
【図４】
2014006946.tif 000009
【図５】
2014006946.tif 000010
【図６】
2014006946.tif 000011
【図７】
2014006946.tif 000012
【図８】
2014006946.tif 000013
【図９】
2014006946.tif 000014
【図１０】
2014006946.tif 000015
【図１１】
2014006946.tif 000016
【図１２】
2014006946.tif 000017
【図１３】
2014006946.tif 000018
【図１４】
2014006946.tif 000019
【図１５】
2014006946.tif 000020