(57)【要約】  光ディスク上の迷光の光量を減少させるのに有効な光学素子およびこれを用いた光ヘッド装置を提供する。少なくとも１つの面が複数の領域に分割されている光学素子であって、第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光すると共に、第２光ディスクの記録面上に波長λ２の光を集光する第１領域と、第１領域の外周部分に形成され、第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光する第２領域とを備える。第２領域には、非球面上に同心円状に形成された、鋸歯形状の断面を有する凹凸構造が設けられる。凹凸構造は、形状が異なる複数の鋸歯形状で構成され、形状が異なる複数の鋸歯形状のそれぞれは、波長λ１の光に対して、波長λ１の略整数倍のそれぞれ異なる位相差を付与する形状である。
2013099225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの面が複数の領域に分割されている光学素子であって、
第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光すると共に、第２光ディスクの記録面上に波長λ２の光を集光する第１領域と、
前記第１領域の外周部分に形成され、第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光する第２領域とを備え、
前記第２領域には、非球面上に同心円状に形成された、鋸歯形状の断面を有する凹凸構造が設けられ、
前記凹凸構造は、形状が異なる複数の鋸歯形状で構成され、
前記形状が異なる複数の鋸歯形状のそれぞれは、前記波長λ１の光に対して、前記波長λ１の略整数倍のそれぞれ異なる位相差を付与する形状である、光学素子。
【請求項２】
前記凹凸構造は、
前記第２領域を通過する波長λ１の光に対して、第１の光路差を付与する第１鋸歯形状と、
前記第２領域を通過する波長λ１の光に対して、第２の光路差を付与する第２鋸歯形状と、
前記第２領域を通過する波長λ１の光に対して、第３の光路差を付与する第３鋸歯形状とを有し、
前記凹凸構造の少なくとも一部において、
前記第１鋸歯形状と前記第１鋸歯形状との間には、少なくとも前記第２鋸歯形状または前記第３鋸歯形状が存在し、
前記第２鋸歯形状と前記第２鋸歯形状との間には、少なくとも前記第１鋸歯形状または前記第３鋸歯形状が存在し、
前記第３鋸歯形状と前記第３鋸歯形状との間には、少なくとも前記第１鋸歯形状または前記第２鋸歯形状が存在する、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記光学素子は、対物レンズであり、
以下の条件を満足する、請求項１に記載の光学素子：
【数５】
2013099225.tif 000022
ここで
ｈ１：第１鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｈ２：第２鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｈ３：第３鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｓ：鋸歯状の凹凸構造が形成されている部分の非球面上の任意の点に接する平面が、光軸に垂直な面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
f：対物レンズの焦点距離［ｍｍ］、
ｎ：波長λ１のときの光学素子の材料の屈折率
Ｘ、Ｙ、Ｚ：整数（Ｘ＜Ｙ＜Ｚ）
である。
【請求項４】
前記光学素子は、対物レンズであり、
以下の条件を満足する、請求項１に記載の光学素子：
【数６】
2013099225.tif 000023
ここで
ｈ１：第１鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｈ２：第２鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｈ３：第３鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｓ：鋸歯状の凹凸構造が形成されている部分の非球面上の任意の点に接する平面が、光軸に垂直な面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
f：対物レンズの焦点距離［ｍｍ］
ｎ：波長λ１のときの光学素子の材料の屈折率
である。
【請求項５】
前記第１領域には、階段状の断面を有する回折構造が設けられる、請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１領域は、前記第１領域を通過する前記波長λ２の光を、０次の回折次数もしくは±１次の回折次数で回折させて前記第２光ディスクの記録面上に集光する、請求項１記載の光学素子。
【請求項７】
前記λ１の光の波長は３５０〜４５０ｎｍであり、
前記λ２の光の波長は６００〜８００ｎｍである、請求項１に記載の光学素子。
【請求項８】
前記凹凸構造を構成する複数の鋸歯形状の少なくとも一部が、非周期的に形成されている、請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
請求項１に記載の光学素子を備える、光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光ディスクなどの光情報媒体への情報の記録、または、光情報媒体に記録された情報の再生あるいは消去を行うために用いる光学素子およびこれを備える光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類の情報記録媒体に互換性のある対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７０６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、光ディスク上の迷光の光量を減少させるのに有効な光学素子およびこれを用いた光ヘッド装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示における光学素子は、少なくとも１つの面が複数の領域に分割されている光学素子であって、第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光すると共に、第２光ディスクの記録面上に波長λ２の光を集光する第１領域と、第１領域の外周部分に形成され、第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光する第２領域とを備える。第２領域には、非球面上に同心円状に形成された、鋸歯形状の断面を有する凹凸構造が設けられる。凹凸構造は、形状が異なる複数の鋸歯形状で構成される。形状が異なる複数の鋸歯形状のそれぞれは、波長λ１の光に対して、波長λ１の略整数倍のそれぞれ異なる位相差を付与する形状である。
【発明の効果】
【０００６】
本開示に係る光学素子および光ヘッド装置は、光ディスク上の迷光の光量を減少させるのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態の光ヘッド装置の概略構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態対物レンズの概略断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態の対物レンズの部分拡大図である。
【図４】図４は、第１実施形態の対物レンズの凹凸構造を説明するための図である。
【図５】図５は、第１実施形態の第１、第２、第３鋸歯形状を説明するための図である。
【図６】図６は、第１実施形態の外周領域を説明するための部分拡大図である。
【図７】図７は、第２実施形態の光ヘッド装置の概略構成図である。
【図８】図８は、第２実施形態の対物レンズの概略断面図である。
【図９】図９は、第２実施形態の対物レンズの凹凸構造を説明するための図である。
【図１０】図１０は、実施例１の対物レンズの光量を示すグラフである。
【図１１】図１１は、比較例１の対物レンズの回折効率を示すグラフである。
【図１２】図１２は、実施例２の対物レンズの光量を示すグラフである。
【図１３】図１３は、比較例２の対物レンズの回折効率を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例３の対物レンズの光量を示すグラフである。
【図１５】図１５は、比較例３の対物レンズの回折効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１０】
＜第１実施形態＞
［１−１．光ヘッド］
図１は、第１実施形態に係る光ヘッド装置１００の概略構成図である。
【００１１】
第１実施形態に係る光ヘッド装置１００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とに互換性を有した構成になっている。
【００１２】
レーザー光源１１０は、波長λ１の青色光ビーム６１を出射する。波長λ１は、３５０〜４５０ｎｍである。具体的には、本実施形態では、４００ｎｍ近傍の波長の光を使用している。レーザー光源１１０から出射された青色光ビーム６１は、ビームスプリッタ１３０で反射された後、コリメートレンズ１５０により略平行光に変換される。コリメートレンズ１５０は、光軸方向に可動であり、光軸方向に移動することによって光ディスクの基材厚の誤差や情報記録面毎の基材厚の差に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ１５０を透過した青色ビーム６１は、立ち上げミラー１７０によって反射され、対物レンズ２００に入射し、光ディスク１０の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク１０の情報記録面によって反射された青色光ビーム６１は、再び対物レンズ２００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射され、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１４０を順に透過する。ビームスプリッタ１４０から出射された青色ビーム６１は、ビームスプリッタ１３０によって反射され、検出レンズ１９０によって光検出器１９１上に集光され、光信号として検出される。
【００１３】
レーザー光源１２０は、波長λ２の赤色光ビーム６２を出射する。波長λ２は、６００〜８００ｎｍである。具体的には、本実施形態では、ＤＶＤ規格に適合した６００〜７００ｎｍの光を使用している。より具体的には、波長６８０ｎｍ近傍の波長の光を使用している。レーザー光源１２０から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１４０、ビームスプリッタ１３０を順に透過し、コリメートレンズ１５０に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ１５０は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク１０の使用時と同様に、コリメートレンズ１５０が光軸方向に移動することによって、ディスク基材厚の差や温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ１５０を透過した赤色光ビーム６２は、発散光として立ち上げミラー１７０によって反射され、対物レンズ２００に入射し、光ディスク２０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク１１の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ２００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射し、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１３０を順に透過する。ビームスプリッタ１３０から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１４０によって反射され、検出レンズ１９０によって光検出器１９１上に集光され、光信号として検出される。
【００１４】
［１−２．対物レンズ］
次に、本実施形態の対物レンズ２００について説明する。図２は、本実施形態の対物レンズ２００の概略断面図である。
【００１５】
第１実施形態に係る対物レンズ２００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とに互換性を有している。対物レンズ２００は、波長λ１（４００ｎｍ近傍）の青色光ビーム６１を、厚みｔ１（０．１ｍｍ）の基板を介して情報記録面１１上に集光してスポットを形成する。また、対物レンズ２００は、波長λ２（６８０ｎｍ近傍）の赤色光ビーム６２を、厚みｔ２（０．６ｍｍ）の基板を介して情報記録面２１上に集光してスポットを形成する。
【００１６】
対物レンズ２００の入射側の光学機能面は、光軸を中心とする２つの領域、すなわち、光軸Ａを含む内周領域２０１と、内周領域２０１を取り囲む輪帯状の外周領域２０２とに分割されている。内周領域２０１には、階段状回折構造が設けられている。外周領域２０２には、凹凸構造２２０が設けられている。凹凸構造２２０の詳細については後述する。
【００１７】
内周領域２０１は、ＢＤ、ＤＶＤの２波長の光のスポット形成に寄与する領域である。外周領域２０２はＢＤの光のみのスポット形成に寄与するＢＤ専用の領域である。
【００１８】
［１−３．光学機能面］
次に、本実施形態の対物レンズ２００の光学機能面について説明する。図３は、対物レンズ２００の光学機能面の形状を説明するための部分拡大図である。対物レンズ２００の光学機能面には、階段状回折構造と凹凸構造とが形成されている。なお、実際には階段状回折構造や凹凸構造は、非球面形状のベース面上に形成される。しかし、ここでは説明を容易にするため、ベース面の非球面形状を除去し、平坦面上に階段状回折構造や凹凸構造を配置した状態を図示している。以下、図３に示す線分Ｌをベース面Ｌとして説明する。
【００１９】
図３において、階段状回折構造２１０と凹凸構造２２０の下方は例えばガラス等のレンズ部材であり、階段状回折構造２１０と凹凸構造２２０の上方は空気である。なお、以下の説明において、階段状回折構造２１０と凹凸構造２２０の部分拡大図を示す他の図面でも同様に、階段状回折構造２１０と凹凸構造２２０の下方をレンズ部材とし、上方を空気とする。
【００２０】
本実施形態の対物レンズ２００は、主として内周領域２０１と外周領域２０２とを備える。内周領域２００は、第１領域の一例である。外周領域２０２は、第２領域の一例である。
【００２１】
図３に示す階段状回折構造２１０は一例であり、他の形状の階段状回折構造２１０であってもよい。また、図３に示す、階段状回折構造２１０と凹凸構造２２０が接続される部分の形状は一例であり、回折構造と凹凸構造が接続される部分の形状は適宜設定され得る。
【００２２】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００２３】
内周領域２０１に設けられる階段状回折構造２１０は、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、レンズのベース面Ｌに対して略平行になっている部分の数をいう。
【００２４】
内周領域２０１の階段状回折構造２１０の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。ここで回折次数の正負について説明する。まず、第１面に入射する光が、第１面の曲率によって屈折する方向を基準方向とする。第１面に入射した光が、回折によって基準方向よりも内側に集光される方向に進む場合の回折次数を正としている。また、第１面に入射した光が、回折によって基準方向よりも外側に集光される方向に進む場合の回折次数を負としている。
【００２５】
内周領域２０１に設けられる階段状回折構造２１０の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。
【００２６】
外周領域２０２に設けられる凹凸構造２２０の高さは、外周領域２０２を通過するＢＤ用の波長λ１の光が光ディスクの記録面上に形成するスポットの形成に寄与するように設計されている。ただし、外周領域２０２は、ＢＤ以外の波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、外周領域２０２に入射した波長λ１以外の波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器１９１上に戻らないことが望まれる。ここでいう迷光とは、光ディスクの表面、記録面、光路上の光学部品、レンズ面等で反射や干渉を起こし、光検出器上の所望の信号光の強度に対して影響を与える光を指す。
【００２７】
また、図３に示すように、凹凸構造２２０は、様々な高さやピッチを有する構造単位が複数並べられることで構成されている。凹凸構造２２０の詳細については後述する。
【００２８】
［１−４．凹凸構造］
図４および図５（ａ）〜（ｃ）は、凹凸構造２２０を詳細に説明するための図である。
【００２９】
図４に示すように、凹凸構造２２０は、形状が異なる複数の鋸歯形状で構成されている。そして、これら複数の鋸歯形状のそれぞれは、波長λ１の光（本実施形態ではＢＤ光の波長）に対して、波長λ１の略整数倍のそれぞれ異なる位相差を付与する形状である。ここで、略整数倍とは、整数ｎの±０．２程度の範囲をいう。この範囲を超えてしまうと、複数の鋸歯形状を通過した波長λ１の光の位相がずれてしまい、波面が揃わなくなってしまう。その結果、波長λ１の光のスポットが形成されなくなるおそれがある。
【００３０】
本実施形態では、凹凸構造２２０は、３種類の鋸歯形状で構成されている。具体的には、凹凸構造２２０は、第１鋸歯形状Ｂ１と、第２鋸歯形状Ｂ２と、第３鋸歯形状Ｂ３と、で構成されている。
【００３１】
まず、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて、第１鋸歯形状Ｂ１、第２鋸歯形状Ｂ２および第３鋸歯形状Ｂ３の詳細を説明する。
【００３２】
図５（ａ）は、第１鋸歯形状Ｂ１を示す図である。図５（ａ）に示すように、第１鋸歯形状Ｂ１の高さをｈ１とし、第１鋸歯形状Ｂ１の幅（光軸Ａと直交する方向の幅）をｄ１とする。この幅ｄ１は、第１鋸歯形状Ｂ１の１周期の幅を指す。高さｈ１および幅ｄ１を調整することにより、第１鋸歯形状Ｂ１は、波長λ１の青色光に対して第１の光路差を付与することができる。
【００３３】
図５（ｂ）は、第２鋸歯形状Ｂ２を示す図である。図５（ｂ）に示すように、第２鋸歯形状Ｂ２の高さをｈ２とし、第２鋸歯形状Ｂ２の幅（光軸Ａと直交する方向の幅）をｄ２とする。この幅ｄ２は、第２鋸歯形状Ｂ２の１周期の幅を指す。第２鋸歯形状Ｂ２の高さｈ２は、第１鋸歯形状Ｂ１の高さｈ１の約２倍である。さらに、第２鋸歯形状Ｂ２の幅ｄ２は、第１鋸歯形状Ｂ１の幅ｄ１の約２倍である。このように構成された第２鋸歯形状Ｂ２は、波長λ１の青色光に対して第２の光路差を付与することができる。
【００３４】
図５（ｃ）は、第３鋸歯形状Ｂ３を示す図である。図５（ｃ）に示すように、第３鋸歯形状Ｂ３の高さをｈ３とし、第３鋸歯形状Ｂ３の幅（光軸Ａと直交する方向の幅）をｄ３とする。この幅ｄ３は、第３鋸歯形状Ｂ３の１周期の幅を指す。第３鋸歯形状Ｂ３の高さｈ３は、第１鋸歯形状Ｂ１の高さｈ１の約３倍である。さらに、第３鋸歯形状Ｂ３の幅ｄ３は、第１鋸歯形状Ｂ１の幅ｄ１の約３倍である。このように構成された第３鋸歯形状Ｂ３は、波長λ１の青色光に対して第３の光路差を付与することができる。
【００３５】
このように構成された第１鋸歯形状Ｂ１、第２鋸歯形状Ｂ２および第３鋸歯形状Ｂ３は、図４に示すように配置されている。
【００３６】
凹凸構造２２０の少なくとも一部は、非周期的に形成されてもよい。ここで、「非周期的に形成されている」とは、例えば、第１鋸歯形状Ｂ１，Ｂ１，Ｂ１，・・・のように、同じ形状の全ての鋸歯形状が連続的に配列されていないことを意味する。また、「非周期的に形成されている」とは、例えば、全ての第１鋸歯形状Ｂ１と全ての第２鋸歯形状Ｂ２とが交互に配列されていない、すなわち、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１，Ｂ２，・・・のように配列されていないことを意味する。また、「非周期的に形成されている」とう状態を換言すると、「隣り合う鋸歯形状が互いに異なる形状である」と表現することもできる。このような構成により、後述するような迷光を低減する効果を得ることができる。
【００３７】
また、凹凸構造２２０が非周期的な領域と周期的な領域とで構成されてもよい。この場合、非周期的な領域が占める割合を、周期的な領域が占める割合より多くしてもよい。例えば、第１鋸歯形状Ｂ１，Ｂ１，第２鋸歯形状Ｂ２，Ｂ２，第３鋸歯形状Ｂ３，Ｂ３という順に配列されているとする。最初のＢ１，Ｂ１という配列は、同じ鋸歯形状が配列していることになるので周期的な配列と言える。次のＢ１，Ｂ２という配列は、互いに異なる鋸歯形状が配列していることになるので非周期的な配列と言える。同様に、Ｂ２，Ｂ２という配列、および、Ｂ３，Ｂ３という配列は周期的な配列であり、Ｂ２，Ｂ３という配列は非周期的な配列と言える。このように定義した場合に、周期的な配列よりも非周期的な配列の方が多くなるよう構成してもよい。なお、ここでいう「割合」については、例えば、外径方向の長さや鋸歯形状の個数等で表してもよい。このような構成により、後述するような迷光を低減する効果を高めることができる。
【００３８】
また、凹凸構造２２０の少なくとも一部においては、複数種類の鋸歯形状が周期的に配列されてもよい。例えば、凹凸構造２２０は、第１鋸歯形状Ｂ１，第２鋸歯形状Ｂ２，第３鋸歯形状Ｂ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３・・・のように構成されてもよい。このような構成された凹凸構造２２０もまた、従来のような単一形状の鋸歯形状が配列された構成よりも、迷光を低減することができる。
【００３９】
凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第１鋸歯形状Ｂ１と第１鋸歯形状Ｂ１との間には、少なくとも第２鋸歯形状Ｂ２または第３鋸歯形状Ｂ３が存在する。すなわち、第１鋸歯形状Ｂ１と第１鋸歯形状Ｂ１との間には、第２鋸歯形状Ｂ２のみが存在してもよく、第３鋸歯形状Ｂ３のみが存在してもよく、第２鋸歯形状Ｂ２および第３鋸歯形状Ｂ３の両方が存在してもよい。また、凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第１鋸歯形状Ｂ１と第１鋸歯形状Ｂ１との間には、第２鋸歯形状Ｂ２が複数個存在してもよく、第３鋸歯形状Ｂ３が複数個存在してもよい。
【００４０】
さらに、凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第２鋸歯形状Ｂ２と第２鋸歯形状Ｂ２との間には、第１鋸歯形状Ｂ１または第３鋸歯形状Ｂ３が存在する。すなわち、第２鋸歯形状Ｂ２と第２鋸歯形状Ｂ２との間には、第１鋸歯形状Ｂ１のみが存在してもよく、第３鋸歯形状Ｂ３のみが存在してもよく、第１鋸歯形状Ｂ１および第３鋸歯形状Ｂ３の両方が存在してもよい。また、凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第２鋸歯形状Ｂ２と第２鋸歯形状Ｂ２との間には、第１鋸歯形状Ｂ１が複数個存在してもよく、第３鋸歯形状Ｂ３が複数個存在してもよい。
【００４１】
さらに、凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第３鋸歯形状Ｂ３と第３鋸歯形状Ｂ３との間には、第１鋸歯形状Ｂ１または第２鋸歯形状Ｂ２が存在する。すなわち、第３鋸歯形状Ｂ３と第３鋸歯形状Ｂ３との間には、第１鋸歯形状Ｂ１のみが存在してもよく、第２鋸歯形状Ｂ２のみが存在してもよく、第１鋸歯形状Ｂ１および第２鋸歯形状Ｂ２の両方が存在してもよい。また、凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第３鋸歯形状Ｂ３と第３鋸歯形状Ｂ３との間には、第１鋸歯形状Ｂ１が複数個存在してもよく、第２鋸歯形状Ｂ２が複数個存在してもよい。
【００４２】
このように外周領域２０２を設計することで、ＢＤ以外の光ディスクを使用する際に、ＢＤ以外の波長の光が外周領域２０２を通過しても、その光が迷光となる光量が少なくなる。以下、迷光の光量が少なくなる理由について説明する。
【００４３】
まず、本実施形態では、内周領域２０１はＤＶＤ光を−１次の回折次数で回折し、ＤＶＤディスクの記録面上にスポットを形成する。このとき、外周領域２０２は、ＤＶＤ光が通過してもスポットの形成に寄与しないことが望まれる。このようにすることで遮光板などの部品点数を少なくすることができる。
【００４４】
従来、外周領域がＢＤ光を＋１次の回折次数で回折するように周期的な鋸歯状の回折構造を形成するという設計が知られている。
【００４５】
しかし外周領域を従来のように設計すると、外周領域を通過するＤＶＤ光は、外周領域の周期的な構造により回折次数が特定の値に集中するように回折される。すなわち、ＤＶＤ光が外周領域を通過したとき、その光の一部が、内周領域の回折構造によってＤＶＤディスクの記録面上に形成されている所望のスポットの近傍に集光する。所望のスポットの近傍に集光した光は、記録面で反射し光検出器に入る。光検出器上では所望のスポットの反射光以外の光が入射することとなり、これが迷光となる。
【００４６】
そこで、本実施形態では、第２領域２０２は、形状が異なる複数の鋸歯形状で構成されている。そして、これらの鋸歯形状のそれぞれは、波長λ１（本実施形態ではＢＤ光の波長）の光に対して、前記波長λ１の略整数倍のそれぞれ異なる位相差を付与する形状であるこのように設計することで、従来、回折次数が特定の値に集中することで迷光となっていた光が、本実施形態では様々な方向の光に拡散される。その結果、記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。
【００４７】
より詳細には、外周領域２０２は、第１の光路差を付与する第１鋸歯形状Ｂ１と、第２の光路差を付与する第２鋸歯形状Ｂ２と、第３の光路差を付与する第３鋸歯形状Ｂ３とで形成されている。そして、第１鋸歯形状Ｂ１と第１鋸歯形状Ｂ１との間には少なくとも第２鋸歯形状Ｂ２または第３鋸歯形状Ｂ３が存在し、第２鋸歯形状Ｂ２と第２鋸歯形状Ｂ２との間には少なくとも第１鋸歯形状Ｂ１または第３鋸歯形状Ｂ３が存在し、第３鋸歯形状Ｂ３と第３鋸歯形状Ｂ３との間には少なくとも第１鋸歯形状Ｂ１または第２鋸歯形状Ｂ２が存在するように設計されている。
【００４８】
このように設計することで、従来、回折次数が特定の値に集中することで迷光となっていた光が、本実施形態では様々な方向の光に拡散される。その結果、記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。
【００４９】
第１鋸歯形状Ｂ１の高さｈ１は、下記式（１）を満たし、第２鋸歯形状Ｂ２の高さｈ２は、下記式（２）を満たし、第３鋸歯形状Ｂ３の高さｈ３は、下記式（３）を満たすことが望ましい。
【００５０】
【数１】
2013099225.tif 000003
ここで、ｓは、凹凸形状が形成されている部分のベース非球面上の任意の点に接する平面が、光軸に垂直な面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］であり、ｆはレンズの焦点距離［ｍｍ］であり、ｎは波長λ１のときの光学素子の材料の屈折率であり、Ｘ，Ｙ，Ｚは整数（Ｘ＜Ｙ＜Ｚ）である。
【００５１】
傾斜角ｓについて図６を用いて説明する。図６は、対物レンズ２００の外周領域２０２を拡大して示した部分拡大図である。説明を容易にするため、内周領域２０１の階段状回折構造の図示を省略している。また、図６に示す対物レンズ２００は、図３とは異なり下方がレンズ部分であり上方が空気である。
【００５２】
図６に示すように、光軸Ａに垂直な面を線分Ｍで示し、凹凸構造２２０のベース非球面を曲線Ｌで示す。また、第１〜第３鋸歯形状で構成された凹凸構造２２０が形成されている部分の接平面を線分Ｐで示す。そして、線分Ｍと線分Ｐとがなす角が傾斜角ｓである。
【００５３】
このような構成により、さらに迷光が低減される。
【００５４】
また、第１鋸歯形状Ｂ１の高さｈ１は、下記式（４）を満たし、第２鋸歯形状Ｂ２の高さｈ２は、下記式（５）を満たし、第３鋸歯形状Ｂ３の高さｈ１は、下記式（６）を満たすことが望ましい。
【００５５】
【数２】
2013099225.tif 000004
【００５６】
このような構成により、さらに迷光が低減される。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る光ヘッド装置４００について説明する。第１実施形態の光ヘッド装置１００は、２つの波長に対して互換性を有していた。本実施形態の光ヘッド装置４００は、３つの波長に対して互換性を有している点で第１実施形態の光ヘッド装置１００とは構成が異なる。
【００５８】
［２−１．光ヘッド］
図７は、第２実施形態に係る光ヘッド装置４００の概略構成図である。
【００５９】
第２実施形態に係る光ヘッド装置４００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格に互換性を有した構成になっている。
【００６０】
青色光ビーム６１の光路は、第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００６１】
レーザー光源１２５は、赤色光と赤外光を選択的に出射する２波長レーザー光源である。レーザー光源１１５から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１３０、ビームスプリッタ１４０を透過し、コリメートレンズ１５０に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ１５０は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク１０の使用時と同様に、コリメートレンズ１５０が光軸方向に移動することによって、ディスク基材厚の差や温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ１５０を透過した赤色光ビーム６２は、発散光として立ち上げミラー１７０によって反射され、対物レンズ３００に入射し、光ディスク２０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク２０の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ３００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射し、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１４０を順に透過する。ビームスプリッタ１４０から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１３０によって反射され、検出レンズ１９０によって光検出器１９１上に集光され、光信号として検出される。
【００６２】
レーザー光源１２５から出射された赤外光ビーム６３は、ビームスプリッタ１４０、ビームスプリッタ１３０を透過し、コリメートレンズ１５０に入射し、発散光に変換される。コリメートレンズ１５０から出射された赤外光ビーム６３は、立ち上げミラー１７０によって反射され対物レンズ３００に入射し、光ディスク３０の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク３０の情報記録面上で反射された赤外光ビーム６３は、再び対物レンズ３００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射され、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１４０を順に透過しビームスプリッタ１３０で反射された後、検出レンズ１９０によって集光され、光検出器１９１で光信号として検出される。
【００６３】
［２−２．対物レンズ］
次に、本実施形態の対物レンズ３００について説明する。図８は、本実施形態の対物レンズ３００の概略断面図である。
【００６４】
第２実施形態に係る対物レンズ３００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格とに互換性を有しており、波長λ１（４００ｎｍ近傍）の青色光を厚みｔ１（０．１ｍｍ）の基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ２（６８０ｎｍ近傍）の赤色光を厚みｔ２（０．６ｍｍ）の基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ３（７８０ｎｍ近傍）の赤外光を厚みｔ３（１．２ｍｍ）の基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成する。
【００６５】
対物レンズ３００の入射側の光学機能面は、光軸を中心とする３つの領域、すなわち、光軸を含む内周領域３０１と、内周領域３０１を取り囲む輪帯状の中周領域３０２と、中周領域３０２を取り囲む輪帯状の外周領域３０３とに分割されている。内周領域３０１、中周領域３０２には、それぞれ異なる階段状回折構造が設けられている。外周領域３０３には、凹凸構造が設けられている。
【００６６】
内周領域３０１は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３波長の光のスポット形成に寄与する領域である。
【００６７】
中周領域３０２は、ＢＤ、ＤＶＤの２波長の光のスポット形成に寄与する領域である。中周領域３０２は、第１領域の一例である。
【００６８】
外周領域３０３はＢＤの光のみのスポット形成に寄与するＢＤ専用の領域である。外周領域３０３は、第２領域の一例である。
【００６９】
［２−３．光学機能面］
次に、本実施形態の対物レンズ３００の光学機能面について説明する。図９は、対物レンズ３００の光学機能面の形状を説明するための部分拡大図である。
【００７０】
本実施形態の対物レンズ３００は、主として内周領域３０１と中周領域３０２と外周領域３０３とを備える。
【００７１】
本実施形態の対物レンズ３００は、内周領域３０１に形成される第１階段状回折構造３１０と、中周領域３０２に形成される第２階段状回折構造３２０と、外周領域３０３に形成される凹凸構造３３０とを備える。図９に示す階段形状は一例であり、他の形状であってもよい。また、図９に示す、各領域の構造同士の接続部分の形状は一例であり、各領域の構造同士の接続部分の形状は適宜設定され得る。また、説明を容易にするため、内周領域３０１には、第１階段状回折構造３１０を１周期分しか記載していないが、本来は複数の第１階段状回折構造３１０で構成される。同様に、中周領域３０２には、第２階段形状３０２が１周期分しか記載していないが、本来は複数の第２階段状回折構造３２０で構成される。
【００７２】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００７３】
内周領域３０１に設けられる階段状回折構造は、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、レンズのベース面Ｌに対して略平行になっている部分の数をいう。
【００７４】
内周領域３０１の第１階段状回折構造３１０の段差高さは、波長λ１の青色（ＢＤ）光の使用時には＋２次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色（ＤＶＤ）光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ３の赤外（ＣＤ）光の使用時には−２次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。回折次数の正負の定義は、上述した第１実施形態と同じである。
【００７５】
内周領域３０１に設ける第１階段状回折構造３１０の１周期は、必ずしも６レベルの段差から構成されている必要はなく、６以外のレベルの段差で構成されていても良い。
【００７６】
中周領域３０２に設けられる第２階段状回折構造３２０は、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。中周領域３０２の第２階段状回折構造３２０の段差高さは、波長λ１のＢＤ光の使用時には＋１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２のＤＶＤ光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。中周領域３０２に設ける第２階段状回折構造３２０の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。また、本実施形態において回折次数はそれぞれの波長での回折効率が最大となる回折次数を選択しているが、回折効率が最大とならない回折次数を用いても良い。ただし、中周領域３０２は、ＣＤ波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、中周領域３０２に入射したＣＤ波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器７上に戻らないことが望まれる。ここでいう迷光とは、光ディスクの表面、記録面、光路上の光学部品、レンズ面等で反射や干渉を起こし、光検出器上の所望の信号光の強度に対して影響を与える光を指す。
【００７７】
外周領域３０３に設けられる凹凸構造３３０の高さは、外周領域３０３を通過するＢＤ用の波長λ１の光が光ディスクの記録面上に形成するスポットの形成に寄与するように設計されている。ただし、外周領域３０３は、ＢＤ以外の波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、外周領域３０３に入射したＢＤ以外の波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器７上に戻らないことが望まれる。
【００７８】
［２−４．凹凸構造］
本実施形態の凹凸構造３３０も、第１実施形態の凹凸構造２２０と同様に、形状が異なる複数の鋸歯形状で構成されている。形状が異なる複数の鋸歯形状の配列については第１実施形態で説明した通りであるので、ここでの説明を省略する。これらの鋸歯形状それぞれは、波長λ１（本実施形態ではＢＤ光の波長）に対して、波長λ１の略整数倍のそれぞれ異なる位相差を付与する形状である。略整数倍の意義も、第１実施形態で定義した通りである。
【００７９】
このように設計することで、従来、回折次数が特定の値に集中することで迷光となっていた光が、本実施形態では様々な方向の光に拡散される。その結果、記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。
【００８０】
（その他の実施形態）
なお、上記の各実施形態では、対物レンズの非球面上に鋸歯状の凹凸構造を設けた例を説明したが、平板上に鋸歯状の凹凸構造を設けた光学素子にも本開示を同様に適用することができる。この場合、上記の各実施形態で説明したように、形状が異なる複数の鋸歯形状を配列すればよい。
【実施例】
【００８１】
以下、本開示における光学素子の数値実施例をコンストラクションデータと具体的な回折効率の値を説明する。尚、各数値実施例において、非球面係数が与えられた面は、非球面形状の屈折光学面又は非球面と等価な屈折作用を有する面（例えば回折面等）であることを示す。非球面の面形状は、以下の数式（７）で定義される。【００８２】
【数３】
2013099225.tif 000005
ここで、
Ｘｄ：光軸からの高さがｈである非球面上の点の非球面頂点の接平面からの距離、
ｈ：光軸からの高さ、
Ｃｊ：レンズ第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）、
ｋｊ：レンズ第ｊ面の円錐定数、
Ａｊ，ｎ：レンズ第ｊ面のｎ次の非球面定数
である。【００８３】
また、光学面に付加された回折構造によって生じる位相差は、以下の数式（８）で与えられる。【００８４】
【数４】
2013099225.tif 000006
【００８５】
ここで、
φ（ｈ）：位相関数
ｈ：光軸からの高さ
Ｐｊ，ｍ：レンズ第ｊ面の２ｍ次の位相関数係数
Ｍ：回折次数
（実施例１）
実施例１は、第１実施形態に対応する。実施例１に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む内周領域と、内周領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の内周領域には、レンズの光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状凹凸構造が設けられている。第２面は光軸を含む領域１と、領域１を取り囲む領域２に分割されている。領域１と領域２にはそれぞれには異なる非球面が設けられている。実施例１に係る対物レンズは、ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．３０ｍｍ、開口数（ＮＡ）０．８６、情報記録媒体の保護層厚０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．４５ｍｍ、ＮＡ０．６、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。【００８６】
表１および２に実施例１に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。【００８７】
【表１】
2013099225.tif 000007
【００８８】
【表２】
2013099225.tif 000008
【００８９】
表３に、第１面の外周領域に設けた鋸歯状凹凸構造を構成する鋸歯形状の幅と深さを示す。【００９０】
【表３】
2013099225.tif 000009
【００９１】
表３の構成で外周領域には、対物レンズの光軸から外周側へと順に、第１形状、第２形状、第３形状、第４形状、…、第１４形状が設けられている。ここで鋸歯形状の幅とは、図５（ａ）〜（ｃ）で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における鋸歯形状１周期の幅を指す。鋸歯形状の深さとは、図５で示すように、鋸歯形状の１周期中に存在する、光軸に平行な方向の高さを指す。鋸歯形状の深さは、各々の鋸歯形状を通過するＢＤ光の位相が通過後に略一致するように形成されている。【００９２】
本実施例では、内周領域を通過するＤＶＤ光を−１次の回折次数で回折し、ＤＶＤディスクの記録面上にスポットを形成する。このとき、外周領域はＤＶＤ光が通過してもスポットの形成に寄与しないことが望まれる。このようにすることで遮光板などの部品点数を少なくすることができる。【００９３】
本実施例の場合は、外周領域を通過した光の回折次数が内周領域と同じ−１次に集中すると、内周領域により形成されるスポット周辺に外周領域からの不要な光が集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招く。また、外周領域を通過した光の回折次数が、−１次に近い次数、つまり−１次の隣の０次や−２次であっても、外周領域からの不要な光が内周領域により形成されるスポット周辺に集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招くことがある。【００９４】
外周領域を表３のように設計することで、外周領域を通過するＤＶＤ光が従来のような回折を起こさず様々な方向に拡散される。【００９５】
ここで第１の光路差を付与する第１鋸歯形状は、表３の第３形状、第６形状、第１２形状、第１４形状に対応し、第２の光路差を付与する第２鋸歯形状は、表３の第２形状、第４形状、第７形状、第９形状、第１１形状に対応し、第３の光路差を付与する第３鋸歯形状は、表３の第１形状、第５形状、第８形状、第１０形状、第１３形状に対応する。【００９６】
図１０は、実施例１の対物レンズの光量分布を示すグラフである。縦軸は光量を示し、横軸は内周領域のＤＶＤ光の回折次数を示す。図１０のグラフに示す曲線は、外周領域を通過したＤＶＤ光が、内周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数のどの値に集中したかを表す。【００９７】
図１０に示すように、外周領域を通過したＤＶＤ光の光量は、内周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数の０次と１次の間に集中する。つまり、内周領域を通過したＤＶＤ光で形成される−１次光のスポットから十分に離れた記録面上の位置に到達する。このように外周領域から−１次光の方向に進む成分はほとんど存在しないため、結果として記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。【００９８】
（比較例１）
実施例１の外周領域を、従来のようにＢＤ光を＋１次の回折次数で回折してスポットを形成する鋸歯形状により構成した場合の幅と深さを表４に示す。【００９９】
【表４】
2013099225.tif 000010
【０１００】
表４における前記鋸歯形状の幅と深さは、外周領域を通過したＢＤ光が＋１次で回折するように設計されている。【０１０１】
外周領域を通過したＤＶＤ光は鋸歯形状によってＢＤ光と同様に回折される。その各回折次数毎の回折効率を表５および図１１に示す。【０１０２】
【表５】
2013099225.tif 000011
【０１０３】
図１１は、比較例１の対物レンズの回折効率を示すグラフである。縦軸は回折効率を示し、横軸は外周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数を示す。表５および図１１に示す通り、比較例１の対物レンズでは、外周領域で回折されたＤＶＤ光のうち−１次回折光の回折効率は４．５％であった。この数値は、０次回折光や１次回折光の回折効率よりも低い値ではあるが、迷光成分としては十分な値である。すなわち、比較例１の対物レンズでは、ＤＶＤディスクを使用した場合に迷光成分が大幅に増え、再生、記録、消去の性能が著しく低下する。【０１０４】
（実施例２）
実施例２は、第２実施形態に対応する。実施例２に係る対物レンズの第１面は、光軸Ａを含む内周領域と、内周領域を取り囲む中周領域と、中周領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の内周領域には、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状回折構造が設けられている。中周領域にはレンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状凹凸構造が設けられている。第２面には、非球面が設けられている。実施例２に係る対物レンズは、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８７５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７７ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８５ｎｍ、焦点距離１．９１ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。【０１０５】
表６および７に実施例２に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。【０１０６】
【表６】
2013099225.tif 000012
【０１０７】
【表７】
2013099225.tif 000013
【０１０８】
表８に、第１面の外周領域に設けた鋸歯状凹凸構造を構成する鋸歯形状の幅と深さを示す。【０１０９】
【表８】
2013099225.tif 000014
【０１１０】
表８の構成で外周領域には、対物レンズ素子の光軸から外周側へと順に、第１形状、第２形状、第３形状、第４形状、…、第１２形状が設けられている。鋸歯形状の幅および深さは、実施例１と同様の定義である。【０１１１】
ここで第１の光路差を付与する第１鋸歯形状は、表７の第２形状、第４形状、第７形状、第１１形状に対応し、第２の光路差を付与する第２鋸歯形状は、表７の第３形状、第６形状、第９形状、第１２形状に対応し、第３の光路差を付与する第３鋸歯形状は、表７の第１形状、第５形状、第８形状、第１０形状に対応する。【０１１２】
本実施例では、内周領域および中周領域を通過するＤＶＤ光は−１次の回折次数で回折し、ＤＶＤディスクの記録面上にスポットを形成する。このとき、外周領域はＤＶＤ光が通過してもスポットの形成に寄与しないことが望まれる。このようにすることで遮光板などの部品点数を少なくすることができる。【０１１３】
本実施例の場合は、外周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数が、内周領域および中周領域と同じ−１次に集中すると、内周領域および中周領域により形成されるスポット周辺に、外周領域からの不要な光が集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招く。また、外周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数が、−１次に近い次数、つまり−１次の隣の０次や−２次であっても、外周領域からの不要な光が内周領域および中周領域により形成されるスポット周辺に集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招くことがある。【０１１４】
外周領域を表７のように設計することで、外周領域を通過するＤＶＤ光が従来の設計のような回折を起こさず様々な方向に拡散される。【０１１５】
図１２は実施例２の光量分布を示すグラフである。図１２に示すように、外周領域を通過したＤＶＤ光の光量は、内周領域および中周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数の０次と１次の間に集中する。つまり、内周領域および中周領域を通過したＤＶＤ光で形成される−１次光のスポットに対して十分に離れた記録面上の位置に到達する。このように外周領域から迷光になる方向に進む成分はほとんど存在しないため、結果として記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。【０１１６】
（比較例２）
実施例２の外周領域を、従来のようにＢＤ光が＋１次の回折次数で回折しスポットを形成する鋸歯形状により構成した場合の幅と深さを表９に示す。【０１１７】
【表９】
2013099225.tif 000015
【０１１８】
表９における鋸歯形状の幅と深さは、外周領域を通過したＢＤ光が＋１次の回折次数で回折するように設計されている。【０１１９】
外周領域を通過したＤＶＤ光は鋸歯形状によってＢＤ光と同様に回折される。その各次数毎の回折効率を表１０および図１３に示す。【０１２０】
【表１０】
2013099225.tif 000016
【０１２１】
図１３は、比較例２の対物レンズの回折効率を示すグラフである。【０１２２】
表１０および図１３に示すように、外周領域で回折されたＤＶＤ光のうち−１次の回折光の回折効率は４．２％であった。この数値は、０次回折光や１次回折光の回折効率よりも低い値ではあるが、迷光成分としては十分な値である。すなわち、比較例２の対物レンズでは、ＤＶＤディスクを使用した場合に迷光成分が大幅に増え、再生、記録、消去の性能が著しく低下する。【０１２３】
（実施例３）
実施例３に係る対物レンズ素子の第１面は、光軸Ａを含む内周領域と、内周領域を取り囲む中周領域と、中周領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の内周領域には、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する７レベルの階段状回折構造が設けられている。中周領域にはレンズの光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状凹凸構造が設けられている。第２面は、光軸を含む領域１と、領域１を取り囲む領域２に分割されている。領域１及び領域２はそれぞれ異なる非球面形状である。実施例３に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８７５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７１ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８５ｎｍ、焦点距離１．８４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。【０１２４】
表１１および１２に実施例３に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。【０１２５】
【表１１】
2013099225.tif 000017
【０１２６】
【表１２】
2013099225.tif 000018
【０１２７】
表１３に、第１面の外周領域に設けた鋸歯状凹凸構造を構成する鋸歯形状の幅と深さを示す。【０１２８】
【表１３】
2013099225.tif 000019
【０１２９】
表１３の構成で外周領域には、対物レンズ素子の光軸から外周側へと順に、第１形状、第２形状、第３形状、第４形状、…、第１８形状が設けられている。鋸歯形状の幅および深さは、実施例１と同様の定義である。ここで第１の光路差を付与する第１鋸歯形状は、表１３の第１形状、第３形状、第７形状、第１０形状、第１４形状、第１６形状に対応し、第２の光路差を付与する第２鋸歯形状は、表１３の第２形状、第５形状、第９形状、第１１形状、第１２形状、第１７形状に対応し、第３の光路差を付与する第３鋸歯形状は、表１３の第４形状、第６形状、第８形状、第１３形状、第１５形状、第１８形状に対応する。【０１３０】
本実施例では、内周領域を通過するＤＶＤ光は−２次の回折次数で回折され、中周領域を通過するＤＶＤ光は−１次の回折次数で回折され、ＤＶＤディスクの記録面上にスポットを形成する。このとき、外周領域はＤＶＤ光が通過してもスポットの形成に寄与しないことが望まれる。このようにすることで遮光板などの部品点数を少なくすることができる。【０１３１】
本実施例の場合は、外周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数が、内周領域と同じ−２次または中周領域と同じ−１次となると、内周領域および外周領域により形成されるスポット周辺に外周領域からの不要な光が集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招く。また、外周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数が、−１次と−２次に近い次数、つまり−１次の隣の０次や−３次であっても、外周領域からの不要な光が内周領域および中周領域により形成されるスポット周辺に集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招くことがある。【０１３２】
外周領域を表１３のように設計することで、外周領域を通過するＤＶＤ光が従来の設計のような回折を起こさず様々な方向に拡散される。【０１３３】
図１４は、実施例３の光量分布を示すグラフである。外周領域を通過したＤＶＤ光の光量は、内周領域および中周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数の０次と１次の間に集中する。つまり、内周領域および中周領域を通過したＤＶＤ光で形成されるスポットに対して十分に離れた記録面上の位置に到達する。このように外周領域から迷光となる方向に進む成分はほとんど存在しないため、結果として記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。【０１３４】
（比較例３）
実施例３の外周領域を、従来のようにＢＤ光が＋１次の回折次数で回折しスポットを形成する鋸歯形状により構成した場合の幅と深さを表１４に示す。【０１３５】
【表１４】
2013099225.tif 000020
【０１３６】
表１４における鋸歯形状の幅と深さは、外周領域を通過したＢＤ光が＋１次の回折次数で回折するように設計されている。【０１３７】
外周領域を通過したＤＶＤ光は鋸歯形状によってＢＤ光と同様に回折される。その各次数毎の回折効率を表１５および図１５に示す。【０１３８】
【表１５】
2013099225.tif 000021
【０１３９】
図１５は、比較例３の対物レンズの回折効率を示すグラフである。【０１４０】
表１５および図１５に示すように、外周領域で回折されたＤＶＤ光のうち−１次の回折光の回折効率は５．０％であった。この数値は、０次回折光や１次回折光の回折効率よりも低い値ではあるが、迷光成分としては十分な値である。すなわち、比較例３の対物レンズでは、ＤＶＤディスクを使用した場合に迷光成分が大幅に増え、再生、記録、消去の性能が著しく低下する。【０１４１】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。【０１４２】
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。【０１４３】
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
本開示における光学素子およびこれを用いた光ヘッド装置は、波長の異なる光を用いる複数の規格の光ディスクに対して、情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行うのに有効である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０  光ディスク（ＢＤ）
１１  情報記録面
２０  光ディスク（ＤＶＤ）
２１  情報記録面
３０  光ディスク（ＣＤ）
３１  情報記録面
６１  青色ビーム
６２  赤色ビーム
６３  赤外ビーム
１００  光ヘッド装置
１１０  レーザー光源（ＢＤ）
１２０  レーザー光源（ＤＶＤ）
１３０  ビームスプリッタ
１４０  ビームスプリッタ
１５０  コリメートレンズ
１６０  １／４波長板
１７０  立ち上げミラー
１８０  駆動部
１９０  検出レンズ
１９１  光検出器
２００  対物レンズ
２０１  内周領域（ＢＤ／ＤＶＤD互換）
２０２  外周領域（ＢＤ専用）
２１０  階段状回折構造
２２０  凹凸構造
Ｂ１  第１鋸歯形状
Ｂ２  第２鋸歯形状
Ｂ３  第３鋸歯形状
３００  対物レンズ
３０１  内周領域（ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換）
３０２  中周領域（ＢＤ／ＤＶＤ互換）
３０３  外周領域（ＢＤ専用）
３１０  第１階段状回折構造
３２０  第２階段状回折構造
３３０  凹凸構造
４００  光ヘッド装置
【図１】
2013099225.tif 000024
【図２】
2013099225.tif 000025
【図３】
2013099225.tif 000026
【図４】
2013099225.tif 000027
【図５】
2013099225.tif 000028
【図６】
2013099225.tif 000029
【図７】
2013099225.tif 000030
【図８】
2013099225.tif 000031
【図９】
2013099225.tif 000032
【図１０】
2013099225.tif 000033
【図１１】
2013099225.tif 000034
【図１２】
2013099225.tif 000035
【図１３】
2013099225.tif 000036
【図１４】
2013099225.tif 000037
【図１５】
2013099225.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月25日(2013.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光ディスクなどの光情報媒体への情報の記録、または、光情報媒体に記録された情報の再生あるいは消去を行うために用いる光学素子およびこれを備える光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＢＤとＤＶＤとＣＤの３種類の情報記録媒体に互換性のある対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７０６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、光ディスク上の迷光の光量を減少させるのに有効な光学素子およびこれを用いた光ヘッド装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示における光学素子は、少なくとも１つの面が複数の領域に分割されている光学素子であって、第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光すると共に、第２光ディスクの記録面上に波長λ２の光を集光する第１領域と、第１領域の外周部分に形成され、第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光する第２領域とを備える。第２領域には、非球面上に同心円状に形成された、鋸歯形状の断面を有する凹凸構造が設けられる。凹凸構造は、形状が異なる複数の鋸歯形状で構成される。形状が異なる複数の鋸歯形状のそれぞれは、波長λ１の光に対して、波長λ１の略整数倍のそれぞれ異なる位相差を付与する形状であり、凹凸構造は、第２領域を通過する波長λ１の光に対して、第１の光路差を付与する第１鋸歯形状と、第２領域を通過する波長λ１の光に対して、第２の光路差を付与する第２鋸歯形状と、第２領域を通過する波長λ１の光に対して、第３の光路差を付与する第３鋸歯形状とを有し、凹凸構造の少なくとも一部において、第１鋸歯形状と第１鋸歯形状との間には、少なくとも第２鋸歯形状または第３鋸歯形状が存在し、第２鋸歯形状と第２鋸歯形状との間には、少なくとも第１鋸歯形状または第３鋸歯形状が存在し、第３鋸歯形状と第３鋸歯形状との間には、少なくとも第１鋸歯形状または第２鋸歯形状が存在する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示に係る光学素子および光ヘッド装置は、光ディスク上の迷光の光量を減少させるのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態の光ヘッド装置の概略構成図
【図２】第１実施形態対物レンズの概略断面図
【図３】第１実施形態の対物レンズの部分拡大図
【図４】第１実施形態の対物レンズの凹凸構造を説明するための図
【図５】第１実施形態の第１、第２、第３鋸歯形状を説明するための図
【図６】第１実施形態の外周領域を説明するための部分拡大図
【図７】第２実施形態の光ヘッド装置の概略構成図
【図８】第２実施形態の対物レンズの概略断面図
【図９】第２実施形態の対物レンズの凹凸構造を説明するための図
【図１０】実施例１の対物レンズの光量を示すグラフ
【図１１】比較例１の対物レンズの回折効率を示すグラフ
【図１２】実施例２の対物レンズの光量を示すグラフ
【図１３】比較例２の対物レンズの回折効率を示すグラフ
【図１４】実施例３の対物レンズの光量を示すグラフ
【図１５】比較例３の対物レンズの回折効率を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１０】
＜第１実施形態＞
［１−１．光ヘッド］
図１は、第１実施形態に係る光ヘッド装置１００の概略構成図である。
【００１１】
第１実施形態に係る光ヘッド装置１００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とに互換性を有した構成になっている。
【００１２】
レーザー光源１１０は、波長λ１の青色光ビーム６１を出射する。波長λ１は、３５０〜４５０ｎｍである。具体的には、本実施形態では、４００ｎｍ近傍の波長の光を使用している。レーザー光源１１０から出射された青色光ビーム６１は、ビームスプリッタ１３０で反射された後、コリメートレンズ１５０により略平行光に変換される。コリメートレンズ１５０は、光軸方向に可動であり、光軸方向に移動することによって光ディスクの基材厚の誤差や情報記録面毎の基材厚の差に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ１５０を透過した青色ビーム６１は、立ち上げミラー１７０によって反射され、対物レンズ２００に入射し、光ディスク１０の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク１０の情報記録面によって反射された青色光ビーム６１は、再び対物レンズ２００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射され、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１４０を順に透過する。ビームスプリッタ１４０から出射された青色ビーム６１は、ビームスプリッタ１３０によって反射され、検出レンズ１９０によって光検出器１９１上に集光され、光信号として検出される。
【００１３】
レーザー光源１２０は、波長λ２の赤色光ビーム６２を出射する。波長λ２は、６００〜８００ｎｍである。具体的には、本実施形態では、ＤＶＤ規格に適合した６００〜７００ｎｍの光を使用している。より具体的には、波長６８０ｎｍ近傍の波長の光を使用している。レーザー光源１２０から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１４０、ビームスプリッタ１３０を順に透過し、コリメートレンズ１５０に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ１５０は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク１０の使用時と同様に、コリメートレンズ１５０が光軸方向に移動することによって、ディスク基材厚の差や温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ１５０を透過した赤色光ビーム６２は、発散光として立ち上げミラー１７０によって反射され、対物レンズ２００に入射し、光ディスク２０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク１１の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ２００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射し、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１３０を順に透過する。ビームスプリッタ１３０から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１４０によって反射され、検出レンズ１９０によって光検出器１９１上に集光され、光信号として検出される。
【００１４】
［１−２．対物レンズ］
次に、本実施形態の対物レンズ２００について説明する。図２は、本実施形態の対物レンズ２００の概略断面図である。
【００１５】
第１実施形態に係る対物レンズ２００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とに互換性を有している。対物レンズ２００は、波長λ１（４００ｎｍ近傍）の青色光ビーム６１を、厚みｔ１（０．１ｍｍ）の基板を介して情報記録面１１上に集光してスポットを形成する。また、対物レンズ２００は、波長λ２（６８０ｎｍ近傍）の赤色光ビーム６２を、厚みｔ２（０．６ｍｍ）の基板を介して情報記録面２１上に集光してスポットを形成する。
【００１６】
対物レンズ２００の入射側の光学機能面は、光軸を中心とする２つの領域、すなわち、光軸Ａを含む内周領域２０１と、内周領域２０１を取り囲む輪帯状の外周領域２０２とに分割されている。内周領域２０１には、階段状回折構造が設けられている。外周領域２０２には、凹凸構造２２０が設けられている。凹凸構造２２０の詳細については後述する。
【００１７】
内周領域２０１は、ＢＤ、ＤＶＤの２波長の光のスポット形成に寄与する領域である。外周領域２０２はＢＤの光のみのスポット形成に寄与するＢＤ専用の領域である。
【００１８】
［１−３．光学機能面］
次に、本実施形態の対物レンズ２００の光学機能面について説明する。図３は、対物レンズ２００の光学機能面の形状を説明するための部分拡大図である。対物レンズ２００の光学機能面には、階段状回折構造と凹凸構造とが形成されている。なお、実際には階段状回折構造や凹凸構造は、非球面形状のベース面上に形成される。しかし、ここでは説明を容易にするため、ベース面の非球面形状を除去し、平坦面上に階段状回折構造や凹凸構造を配置した状態を図示している。以下、図３に示す線分Ｌをベース面Ｌとして説明する。
【００１９】
図３において、階段状回折構造２１０と凹凸構造２２０の下方は例えばガラス等のレンズ部材であり、階段状回折構造２１０と凹凸構造２２０の上方は空気である。なお、以下の説明において、階段状回折構造２１０と凹凸構造２２０の部分拡大図を示す他の図面でも同様に、階段状回折構造２１０と凹凸構造２２０の下方をレンズ部材とし、上方を空気とする。
【００２０】
本実施形態の対物レンズ２００は、主として内周領域２０１と外周領域２０２とを備える。内周領域２００は、第１領域の一例である。外周領域２０２は、第２領域の一例である。
【００２１】
図３に示す階段状回折構造２１０は一例であり、他の形状の階段状回折構造２１０であってもよい。また、図３に示す、階段状回折構造２１０と凹凸構造２２０が接続される部分の形状は一例であり、回折構造と凹凸構造が接続される部分の形状は適宜設定され得る。
【００２２】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００２３】
内周領域２０１に設けられる階段状回折構造２１０は、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、レンズのベース面Ｌに対して略平行になっている部分の数をいう。
【００２４】
内周領域２０１の階段状回折構造２１０の段差高さは、波長λ１の青色光の使用時には＋１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。ここで回折次数の正負について説明する。まず、第１面に入射する光が、第１面の曲率によって屈折する方向を基準方向とする。第１面に入射した光が、回折によって基準方向よりも内側に集光される方向に進む場合の回折次数を正としている。また、第１面に入射した光が、回折によって基準方向よりも外側に集光される方向に進む場合の回折次数を負としている。
【００２５】
内周領域２０１に設けられる階段状回折構造２１０の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。
【００２６】
外周領域２０２に設けられる凹凸構造２２０の高さは、外周領域２０２を通過するＢＤ用の波長λ１の光が光ディスクの記録面上に形成するスポットの形成に寄与するように設計されている。ただし、外周領域２０２は、ＢＤ以外の波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、外周領域２０２に入射した波長λ１以外の波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器１９１上に戻らないことが望まれる。ここでいう迷光とは、光ディスクの表面、記録面、光路上の光学部品、レンズ面等で反射や干渉を起こし、光検出器上の所望の信号光の強度に対して影響を与える光を指す。
【００２７】
また、図３に示すように、凹凸構造２２０は、様々な高さやピッチを有する構造単位が複数並べられることで構成されている。凹凸構造２２０の詳細については後述する。
【００２８】
［１−４．凹凸構造］
図４および図５（ａ）〜（ｃ）は、凹凸構造２２０を詳細に説明するための図である。
【００２９】
図４に示すように、凹凸構造２２０は、形状が異なる複数の鋸歯形状で構成されている。そして、これら複数の鋸歯形状のそれぞれは、波長λ１の光（本実施形態ではＢＤ光の波長）に対して、波長λ１の略整数倍のそれぞれ異なる位相差を付与する形状である。ここで、略整数倍とは、整数ｎの±０．２程度の範囲をいう。この範囲を超えてしまうと、複数の鋸歯形状を通過した波長λ１の光の位相がずれてしまい、波面が揃わなくなってしまう。その結果、波長λ１の光のスポットが形成されなくなるおそれがある。
【００３０】
本実施形態では、凹凸構造２２０は、３種類の鋸歯形状で構成されている。具体的には、凹凸構造２２０は、第１鋸歯形状Ｂ１と、第２鋸歯形状Ｂ２と、第３鋸歯形状Ｂ３と、で構成されている。
【００３１】
まず、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて、第１鋸歯形状Ｂ１、第２鋸歯形状Ｂ２および第３鋸歯形状Ｂ３の詳細を説明する。
【００３２】
図５（ａ）は、第１鋸歯形状Ｂ１を示す図である。図５（ａ）に示すように、第１鋸歯形状Ｂ１の高さをｈ１とし、第１鋸歯形状Ｂ１の幅（光軸Ａと直交する方向の幅）をｄ１とする。この幅ｄ１は、第１鋸歯形状Ｂ１の１周期の幅を指す。高さｈ１および幅ｄ１を調整することにより、第１鋸歯形状Ｂ１は、波長λ１の青色光に対して第１の光路差を付与することができる。
【００３３】
図５（ｂ）は、第２鋸歯形状Ｂ２を示す図である。図５（ｂ）に示すように、第２鋸歯形状Ｂ２の高さをｈ２とし、第２鋸歯形状Ｂ２の幅（光軸Ａと直交する方向の幅）をｄ２とする。この幅ｄ２は、第２鋸歯形状Ｂ２の１周期の幅を指す。第２鋸歯形状Ｂ２の高さｈ２は、第１鋸歯形状Ｂ１の高さｈ１の約２倍である。さらに、第２鋸歯形状Ｂ２の幅ｄ２は、第１鋸歯形状Ｂ１の幅ｄ１の約２倍である。このように構成された第２鋸歯形状Ｂ２は、波長λ１の青色光に対して第２の光路差を付与することができる。
【００３４】
図５（ｃ）は、第３鋸歯形状Ｂ３を示す図である。図５（ｃ）に示すように、第３鋸歯形状Ｂ３の高さをｈ３とし、第３鋸歯形状Ｂ３の幅（光軸Ａと直交する方向の幅）をｄ３とする。この幅ｄ３は、第３鋸歯形状Ｂ３の１周期の幅を指す。第３鋸歯形状Ｂ３の高さｈ３は、第１鋸歯形状Ｂ１の高さｈ１の約３倍である。さらに、第３鋸歯形状Ｂ３の幅ｄ３は、第１鋸歯形状Ｂ１の幅ｄ１の約３倍である。このように構成された第３鋸歯形状Ｂ３は、波長λ１の青色光に対して第３の光路差を付与することができる。
【００３５】
このように構成された第１鋸歯形状Ｂ１、第２鋸歯形状Ｂ２および第３鋸歯形状Ｂ３は、図４に示すように配置されている。
【００３６】
凹凸構造２２０の少なくとも一部は、非周期的に形成されてもよい。ここで、「非周期的に形成されている」とは、例えば、第１鋸歯形状Ｂ１，Ｂ１，Ｂ１，・・・のように、同じ形状の全ての鋸歯形状が連続的に配列されていないことを意味する。また、「非周期的に形成されている」とは、例えば、全ての第１鋸歯形状Ｂ１と全ての第２鋸歯形状Ｂ２とが交互に配列されていない、すなわち、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１，Ｂ２，・・・のように配列されていないことを意味する。また、「非周期的に形成されている」とう状態を換言すると、「隣り合う鋸歯形状が互いに異なる形状である」と表現することもできる。このような構成により、後述するような迷光を低減する効果を得ることができる。
【００３７】
また、凹凸構造２２０が非周期的な領域と周期的な領域とで構成されてもよい。この場合、非周期的な領域が占める割合を、周期的な領域が占める割合より多くしてもよい。例えば、第１鋸歯形状Ｂ１，Ｂ１，第２鋸歯形状Ｂ２，Ｂ２，第３鋸歯形状Ｂ３，Ｂ３という順に配列されているとする。最初のＢ１，Ｂ１という配列は、同じ鋸歯形状が配列していることになるので周期的な配列と言える。次のＢ１，Ｂ２という配列は、互いに異なる鋸歯形状が配列していることになるので非周期的な配列と言える。同様に、Ｂ２，Ｂ２という配列、および、Ｂ３，Ｂ３という配列は周期的な配列であり、Ｂ２，Ｂ３という配列は非周期的な配列と言える。このように定義した場合に、周期的な配列よりも非周期的な配列の方が多くなるよう構成してもよい。なお、ここでいう「割合」については、例えば、外径方向の長さや鋸歯形状の個数等で表してもよい。このような構成により、後述するような迷光を低減する効果を高めることができる。
【００３８】
また、凹凸構造２２０の少なくとも一部においては、複数種類の鋸歯形状が周期的に配列されてもよい。例えば、凹凸構造２２０は、第１鋸歯形状Ｂ１，第２鋸歯形状Ｂ２，第３鋸歯形状Ｂ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３・・・のように構成されてもよい。このような構成された凹凸構造２２０もまた、従来のような単一形状の鋸歯形状が配列された構成よりも、迷光を低減することができる。
【００３９】
凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第１鋸歯形状Ｂ１と第１鋸歯形状Ｂ１との間には、少なくとも第２鋸歯形状Ｂ２または第３鋸歯形状Ｂ３が存在する。すなわち、第１鋸歯形状Ｂ１と第１鋸歯形状Ｂ１との間には、第２鋸歯形状Ｂ２のみが存在してもよく、第３鋸歯形状Ｂ３のみが存在してもよく、第２鋸歯形状Ｂ２および第３鋸歯形状Ｂ３の両方が存在してもよい。また、凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第１鋸歯形状Ｂ１と第１鋸歯形状Ｂ１との間には、第２鋸歯形状Ｂ２が複数個存在してもよく、第３鋸歯形状Ｂ３が複数個存在してもよい。
【００４０】
さらに、凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第２鋸歯形状Ｂ２と第２鋸歯形状Ｂ２との間には、第１鋸歯形状Ｂ１または第３鋸歯形状Ｂ３が存在する。すなわち、第２鋸歯形状Ｂ２と第２鋸歯形状Ｂ２との間には、第１鋸歯形状Ｂ１のみが存在してもよく、第３鋸歯形状Ｂ３のみが存在してもよく、第１鋸歯形状Ｂ１および第３鋸歯形状Ｂ３の両方が存在してもよい。また、凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第２鋸歯形状Ｂ２と第２鋸歯形状Ｂ２との間には、第１鋸歯形状Ｂ１が複数個存在してもよく、第３鋸歯形状Ｂ３が複数個存在してもよい。
【００４１】
さらに、凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第３鋸歯形状Ｂ３と第３鋸歯形状Ｂ３との間には、第１鋸歯形状Ｂ１または第２鋸歯形状Ｂ２が存在する。すなわち、第３鋸歯形状Ｂ３と第３鋸歯形状Ｂ３との間には、第１鋸歯形状Ｂ１のみが存在してもよく、第２鋸歯形状Ｂ２のみが存在してもよく、第１鋸歯形状Ｂ１および第２鋸歯形状Ｂ２の両方が存在してもよい。また、凹凸構造２２０の少なくとも一部において、第３鋸歯形状Ｂ３と第３鋸歯形状Ｂ３との間には、第１鋸歯形状Ｂ１が複数個存在してもよく、第２鋸歯形状Ｂ２が複数個存在してもよい。
【００４２】
このように外周領域２０２を設計することで、ＢＤ以外の光ディスクを使用する際に、ＢＤ以外の波長の光が外周領域２０２を通過しても、その光が迷光となる光量が少なくなる。以下、迷光の光量が少なくなる理由について説明する。
【００４３】
まず、本実施形態では、内周領域２０１はＤＶＤ光を−１次の回折次数で回折し、ＤＶＤディスクの記録面上にスポットを形成する。このとき、外周領域２０２は、ＤＶＤ光が通過してもスポットの形成に寄与しないことが望まれる。このようにすることで遮光板などの部品点数を少なくすることができる。
【００４４】
従来、外周領域がＢＤ光を＋１次の回折次数で回折するように周期的な鋸歯状の回折構造を形成するという設計が知られている。
【００４５】
しかし外周領域を従来のように設計すると、外周領域を通過するＤＶＤ光は、外周領域の周期的な構造により回折次数が特定の値に集中するように回折される。すなわち、ＤＶＤ光が外周領域を通過したとき、その光の一部が、内周領域の回折構造によってＤＶＤディスクの記録面上に形成されている所望のスポットの近傍に集光する。所望のスポットの近傍に集光した光は、記録面で反射し光検出器に入る。光検出器上では所望のスポットの反射光以外の光が入射することとなり、これが迷光となる。
【００４６】
そこで、本実施形態では、第２領域２０２は、形状が異なる複数の鋸歯形状で構成されている。そして、これらの鋸歯形状のそれぞれは、波長λ１（本実施形態ではＢＤ光の波長）の光に対して、前記波長λ１の略整数倍のそれぞれ異なる位相差を付与する形状であるこのように設計することで、従来、回折次数が特定の値に集中することで迷光となっていた光が、本実施形態では様々な方向の光に拡散される。その結果、記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。
【００４７】
より詳細には、外周領域２０２は、第１の光路差を付与する第１鋸歯形状Ｂ１と、第２の光路差を付与する第２鋸歯形状Ｂ２と、第３の光路差を付与する第３鋸歯形状Ｂ３とで形成されている。そして、第１鋸歯形状Ｂ１と第１鋸歯形状Ｂ１との間には少なくとも第２鋸歯形状Ｂ２または第３鋸歯形状Ｂ３が存在し、第２鋸歯形状Ｂ２と第２鋸歯形状Ｂ２との間には少なくとも第１鋸歯形状Ｂ１または第３鋸歯形状Ｂ３が存在し、第３鋸歯形状Ｂ３と第３鋸歯形状Ｂ３との間には少なくとも第１鋸歯形状Ｂ１または第２鋸歯形状Ｂ２が存在するように設計されている。
【００４８】
このように設計することで、従来、回折次数が特定の値に集中することで迷光となっていた光が、本実施形態では様々な方向の光に拡散される。その結果、記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。
【００４９】
第１鋸歯形状Ｂ１の高さｈ１は、下記式（１）を満たし、第２鋸歯形状Ｂ２の高さｈ２は、下記式（２）を満たし、第３鋸歯形状Ｂ３の高さｈ３は、下記式（３）を満たすことが望ましい。
【００５０】
【数１】
2013099225.tif 000039
ここで、ｓは、凹凸形状が形成されている部分のベース非球面上の任意の点に接する平面が、光軸に垂直な面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］であり、ｆは波長λ１のときのレンズの焦点距離［ｍｍ］であり、ｎは波長λ１のときの光学素子の材料の屈折率であり、Ｘ，Ｙ，Ｚは整数（Ｘ＜Ｙ＜Ｚ）である。
【００５１】
傾斜角ｓについて図６を用いて説明する。図６は、対物レンズ２００の外周領域２０２を拡大して示した部分拡大図である。説明を容易にするため、内周領域２０１の階段状回折構造の図示を省略している。また、図６に示す対物レンズ２００は、図３とは異なり下方がレンズ部分であり上方が空気である。
【００５２】
図６に示すように、光軸Ａに垂直な面を線分Ｍで示し、凹凸構造２２０のベース非球面を曲線Ｌで示す。また、第１〜第３鋸歯形状で構成された凹凸構造２２０が形成されている部分の接平面を線分Ｐで示す。そして、線分Ｍと線分Ｐとがなす角が傾斜角ｓである。
【００５３】
このような構成により、さらに迷光が低減される。
【００５４】
また、第１鋸歯形状Ｂ１の高さｈ１は、下記式（４）を満たし、第２鋸歯形状Ｂ２の高さｈ２は、下記式（５）を満たし、第３鋸歯形状Ｂ３の高さｈ１は、下記式（６）を満たすことが望ましい。
【００５５】
【数２】
2013099225.tif 000040
【００５６】
このような構成により、さらに迷光が低減される。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る光ヘッド装置４００について説明する。第１実施形態の光ヘッド装置１００は、２つの波長に対して互換性を有していた。本実施形態の光ヘッド装置４００は、３つの波長に対して互換性を有している点で第１実施形態の光ヘッド装置１００とは構成が異なる。
【００５８】
［２−１．光ヘッド］
図７は、第２実施形態に係る光ヘッド装置４００の概略構成図である。
【００５９】
第２実施形態に係る光ヘッド装置４００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格に互換性を有した構成になっている。
【００６０】
青色光ビーム６１の光路は、第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００６１】
レーザー光源１２５は、赤色光と赤外光を選択的に出射する２波長レーザー光源である。レーザー光源１１５から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１３０、ビームスプリッタ１４０を透過し、コリメートレンズ１５０に入射し、発散光に変換される。このコリメートレンズ１５０は光軸方向に移動することによって、赤色光ビーム６２の光束の平行度を調整できる。また、光ディスク１０の使用時と同様に、コリメートレンズ１５０が光軸方向に移動することによって、ディスク基材厚の差や温度変化、波長変化等に起因する球面収差を補正する。コリメートレンズ１５０を透過した赤色光ビーム６２は、発散光として立ち上げミラー１７０によって反射され、対物レンズ３００に入射し、光ディスク２０の情報記録面上に集光され良好なスポットを形成する。光ディスク２０の情報記録面によって反射された赤色光ビーム６２は、再び対物レンズ３００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射し、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１４０を順に透過する。ビームスプリッタ１４０から出射された赤色光ビーム６２は、ビームスプリッタ１３０によって反射され、検出レンズ１９０によって光検出器１９１上に集光され、光信号として検出される。
【００６２】
レーザー光源１２５から出射された赤外光ビーム６３は、ビームスプリッタ１４０、ビームスプリッタ１３０を透過し、コリメートレンズ１５０に入射し、発散光に変換される。コリメートレンズ１５０から出射された赤外光ビーム６３は、立ち上げミラー１７０によって反射され対物レンズ３００に入射し、光ディスク３０の情報記録面上に集光されて良好なスポットを形成する。光ディスク３０の情報記録面上で反射された赤外光ビーム６３は、再び対物レンズ３００を透過し、立ち上げミラー１７０によって反射され、コリメートレンズ１５０、ビームスプリッタ１４０を順に透過しビームスプリッタ１３０で反射された後、検出レンズ１９０によって集光され、光検出器１９１で光信号として検出される。
【００６３】
［２−２．対物レンズ］
次に、本実施形態の対物レンズ３００について説明する。図８は、本実施形態の対物レンズ３００の概略断面図である。
【００６４】
第２実施形態に係る対物レンズ３００は、ＢＤ規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格とに互換性を有しており、波長λ１（４００ｎｍ近傍）の青色光を厚みｔ１（０．１ｍｍ）の基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ２（６８０ｎｍ近傍）の赤色光を厚みｔ２（０．６ｍｍ）の基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成し、波長λ３（７８０ｎｍ近傍）の赤外光を厚みｔ３（１．２ｍｍ）の基板を介して情報記録面上に集光してスポットを形成する。
【００６５】
対物レンズ３００の入射側の光学機能面は、光軸を中心とする３つの領域、すなわち、光軸を含む内周領域３０１と、内周領域３０１を取り囲む輪帯状の中周領域３０２と、中周領域３０２を取り囲む輪帯状の外周領域３０３とに分割されている。内周領域３０１、中周領域３０２には、それぞれ異なる階段状回折構造が設けられている。外周領域３０３には、凹凸構造が設けられている。
【００６６】
内周領域３０１は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３波長の光のスポット形成に寄与する領域である。
【００６７】
中周領域３０２は、ＢＤ、ＤＶＤの２波長の光のスポット形成に寄与する領域である。中周領域３０２は、第１領域の一例である。
【００６８】
外周領域３０３はＢＤの光のみのスポット形成に寄与するＢＤ専用の領域である。外周領域３０３は、第２領域の一例である。
【００６９】
［２−３．光学機能面］
次に、本実施形態の対物レンズ３００の光学機能面について説明する。図９は、対物レンズ３００の光学機能面の形状を説明するための部分拡大図である。
【００７０】
本実施形態の対物レンズ３００は、主として内周領域３０１と中周領域３０２と外周領域３０３とを備える。
【００７１】
本実施形態の対物レンズ３００は、内周領域３０１に形成される第１階段状回折構造３１０と、中周領域３０２に形成される第２階段状回折構造３２０と、外周領域３０３に形成される凹凸構造３３０とを備える。図９に示す階段形状は一例であり、他の形状であってもよい。また、図９に示す、各領域の構造同士の接続部分の形状は一例であり、各領域の構造同士の接続部分の形状は適宜設定され得る。また、説明を容易にするため、内周領域３０１には、第１階段状回折構造３１０を１周期分しか記載していないが、本来は複数の第１階段状回折構造３１０で構成される。同様に、中周領域３０２には、第２階段形状３０２が１周期分しか記載していないが、本来は複数の第２階段状回折構造３２０で構成される。
【００７２】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００７３】
内周領域３０１に設けられる階段状回折構造は、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、レンズのベース面Ｌに対して略平行になっている部分の数をいう。
【００７４】
内周領域３０１の第１階段状回折構造３１０の段差高さは、波長λ１の青色（ＢＤ）光の使用時には＋２次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２の赤色（ＤＶＤ）光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ３の赤外（ＣＤ）光の使用時には−２次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。回折次数の正負の定義は、上述した第１実施形態と同じである。
【００７５】
内周領域３０１に設ける第１階段状回折構造３１０の１周期は、必ずしも６レベルの段差から構成されている必要はなく、６以外のレベルの段差で構成されていても良い。
【００７６】
中周領域３０２に設けられる第２階段状回折構造３２０は、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に段差高さが減少する４レベルの段差で１周期を構成する周期構造である。中周領域３０２の第２階段状回折構造３２０の段差高さは、波長λ１のＢＤ光の使用時には＋１次回折光の回折効率が最大となり、波長λ２のＤＶＤ光の使用時には−１次回折光の回折効率が最大となるように設計されている。中周領域３０２に設ける第２階段状回折構造３２０の１周期は、必ずしも４レベルの段差から構成されている必要はなく、４以外のレベルの段差で構成されていても良い。また、本実施形態において回折次数はそれぞれの波長での回折効率が最大となる回折次数を選択しているが、回折効率が最大とならない回折次数を用いても良い。ただし、中周領域３０２は、ＣＤ波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、中周領域３０２に入射したＣＤ波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器７上に戻らないことが望まれる。ここでいう迷光とは、光ディスクの表面、記録面、光路上の光学部品、レンズ面等で反射や干渉を起こし、光検出器上の所望の信号光の強度に対して影響を与える光を指す。
【００７７】
外周領域３０３に設けられる凹凸構造３３０の高さは、外周領域３０３を通過するＢＤ用の波長λ１の光が光ディスクの記録面上に形成するスポットの形成に寄与するように設計されている。ただし、外周領域３０３は、ＢＤ以外の波長の光に対しては、実効ＮＡを調整するための開口制限機能を有することが好ましい。すなわち、外周領域３０３に入射したＢＤ以外の波長の光は、スポットに寄与することなく、かつ、迷光として光検出器７上に戻らないことが望まれる。
【００７８】
［２−４．凹凸構造］
本実施形態の凹凸構造３３０も、第１実施形態の凹凸構造２２０と同様に、形状が異なる複数の鋸歯形状で構成されている。形状が異なる複数の鋸歯形状の配列については第１実施形態で説明した通りであるので、ここでの説明を省略する。これらの鋸歯形状それぞれは、波長λ１（本実施形態ではＢＤ光の波長）に対して、波長λ１の略整数倍のそれぞれ異なる位相差を付与する形状である。略整数倍の意義も、第１実施形態で定義した通りである。
【００７９】
このように設計することで、従来、回折次数が特定の値に集中することで迷光となっていた光が、本実施形態では様々な方向の光に拡散される。その結果、記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。
【００８０】
（その他の実施形態）
なお、上記の各実施形態では、対物レンズの非球面上に鋸歯状の凹凸構造を設けた例を説明したが、平板上に鋸歯状の凹凸構造を設けた光学素子にも本開示を同様に適用することができる。この場合、上記の各実施形態で説明したように、形状が異なる複数の鋸歯形状を配列すればよい。
【実施例】
【００８１】
以下、本開示における光学素子の数値実施例をコンストラクションデータと具体的な回折効率の値を説明する。尚、各数値実施例において、非球面係数が与えられた面は、非球面形状の屈折光学面又は非球面と等価な屈折作用を有する面（例えば回折面等）であることを示す。非球面の面形状は、以下の数式（７）で定義される。
【００８２】
【数３】
2013099225.tif 000041
ここで、
Ｘｄ：光軸からの高さがｈである非球面上の点の非球面頂点の接平面からの距離、
ｈ：光軸からの高さ、
Ｃｊ：レンズ第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）、
ｋｊ：レンズ第ｊ面の円錐定数、
Ａｊ，ｎ：レンズ第ｊ面のｎ次の非球面定数
である。
【００８３】
また、光学面に付加された回折構造によって生じる位相差は、以下の数式（８）で与えられる。
【００８４】
【数４】
2013099225.tif 000042
【００８５】
ここで、
φ（ｈ）：位相関数
ｈ：光軸からの高さ
Ｐｊ，ｍ：レンズ第ｊ面の２ｍ次の位相関数係数
Ｍ：回折次数
（実施例１）
実施例１は、第１実施形態に対応する。実施例１に係る対物レンズ素子の第１面は、対称軸を含む内周領域と、内周領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の内周領域には、レンズの光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状凹凸構造が設けられている。第２面は光軸を含む領域１と、領域１を取り囲む領域２に分割されている。領域１と領域２にはそれぞれには異なる非球面が設けられている。実施例１に係る対物レンズは、ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．３０ｍｍ、開口数（ＮＡ）０．８６、情報記録媒体の保護層厚０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．４５ｍｍ、ＮＡ０．６、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。
【００８６】
表１および２に実施例１に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【００８７】
【表１】
2013099225.tif 000043
【００８８】
【表２】
2013099225.tif 000044
【００８９】
表３に、第１面の外周領域に設けた鋸歯状凹凸構造を構成する鋸歯形状の幅と深さを示す。
【００９０】
【表３】
2013099225.tif 000045
【００９１】
表３の構成で外周領域には、対物レンズの光軸から外周側へと順に、第１形状、第２形状、第３形状、第４形状、…、第１４形状が設けられている。ここで鋸歯形状の幅とは、図５（ａ）〜（ｃ）で示すように、半径方向（光軸と直交する方向）における鋸歯形状１周期の幅を指す。鋸歯形状の深さとは、図５で示すように、鋸歯形状の１周期中に存在する、光軸に平行な方向の高さを指す。鋸歯形状の深さは、各々の鋸歯形状を通過するＢＤ光の位相が通過後に略一致するように形成されている。
【００９２】
本実施例では、内周領域を通過するＤＶＤ光を−１次の回折次数で回折し、ＤＶＤディスクの記録面上にスポットを形成する。このとき、外周領域はＤＶＤ光が通過してもスポットの形成に寄与しないことが望まれる。このようにすることで遮光板などの部品点数を少なくすることができる。
【００９３】
本実施例の場合は、外周領域を通過した光の回折次数が内周領域と同じ−１次に集中すると、内周領域により形成されるスポット周辺に外周領域からの不要な光が集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招く。また、外周領域を通過した光の回折次数が、−１次に近い次数、つまり−１次の隣の０次や−２次であっても、外周領域からの不要な光が内周領域により形成されるスポット周辺に集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招くことがある。
【００９４】
外周領域を表３のように設計することで、外周領域を通過するＤＶＤ光が従来のような回折を起こさず様々な方向に拡散される。
【００９５】
ここで第１の光路差を付与する第１鋸歯形状は、表３の第３形状、第６形状、第１２形状、第１４形状に対応し、第２の光路差を付与する第２鋸歯形状は、表３の第２形状、第４形状、第７形状、第９形状、第１１形状に対応し、第３の光路差を付与する第３鋸歯形状は、表３の第１形状、第５形状、第８形状、第１０形状、第１３形状に対応する。
【００９６】
図１０は、実施例１の対物レンズの光量分布を示すグラフである。縦軸は光量を示し、横軸は内周領域のＤＶＤ光の回折次数を示す。図１０のグラフに示す曲線は、外周領域を通過したＤＶＤ光が、内周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数のどの値に集中したかを表す。
【００９７】
図１０に示すように、外周領域を通過したＤＶＤ光の光量は、内周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数の０次と１次の間に集中する。つまり、内周領域を通過したＤＶＤ光で形成される−１次光のスポットから十分に離れた記録面上の位置に到達する。このように外周領域から−１次光の方向に進む成分はほとんど存在しないため、結果として記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。
【００９８】
（比較例１）
実施例１の外周領域を、従来のようにＢＤ光を＋１次の回折次数で回折してスポットを形成する鋸歯形状により構成した場合の幅と深さを表４に示す。
【００９９】
【表４】
2013099225.tif 000046
【０１００】
表４における前記鋸歯形状の幅と深さは、外周領域を通過したＢＤ光が＋１次で回折するように設計されている。
【０１０１】
外周領域を通過したＤＶＤ光は鋸歯形状によってＢＤ光と同様に回折される。その各回折次数毎の回折効率を表５および図１１に示す。
【０１０２】
【表５】
2013099225.tif 000047
【０１０３】
図１１は、比較例１の対物レンズの回折効率を示すグラフである。縦軸は回折効率を示し、横軸は外周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数を示す。表５および図１１に示す通り、比較例１の対物レンズでは、外周領域で回折されたＤＶＤ光のうち−１次回折光の回折効率は４．５％であった。この数値は、０次回折光や１次回折光の回折効率よりも低い値ではあるが、迷光成分としては十分な値である。すなわち、比較例１の対物レンズでは、ＤＶＤディスクを使用した場合に迷光成分が大幅に増え、再生、記録、消去の性能が著しく低下する。
【０１０４】
（実施例２）
実施例２は、第２実施形態に対応する。実施例２に係る対物レンズの第１面は、光軸Ａを含む内周領域と、内周領域を取り囲む中周領域と、中周領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の内周領域には、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの階段状回折構造が設けられている。中周領域にはレンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状凹凸構造が設けられている。第２面には、非球面が設けられている。実施例２に係る対物レンズは、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８７５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７７ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８５ｎｍ、焦点距離１．９１ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【０１０５】
表６および７に実施例２に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【０１０６】
【表６】
2013099225.tif 000048
【０１０７】
【表７】
2013099225.tif 000049
【０１０８】
表８に、第１面の外周領域に設けた鋸歯状凹凸構造を構成する鋸歯形状の幅と深さを示す。
【０１０９】
【表８】
2013099225.tif 000050
【０１１０】
表８の構成で外周領域には、対物レンズ素子の光軸から外周側へと順に、第１形状、第２形状、第３形状、第４形状、…、第１２形状が設けられている。鋸歯形状の幅および深さは、実施例１と同様の定義である。
【０１１１】
ここで第１の光路差を付与する第１鋸歯形状は、表７の第２形状、第４形状、第７形状、第１１形状に対応し、第２の光路差を付与する第２鋸歯形状は、表７の第３形状、第６形状、第９形状、第１２形状に対応し、第３の光路差を付与する第３鋸歯形状は、表７の第１形状、第５形状、第８形状、第１０形状に対応する。
【０１１２】
本実施例では、内周領域および中周領域を通過するＤＶＤ光は−１次の回折次数で回折し、ＤＶＤディスクの記録面上にスポットを形成する。このとき、外周領域はＤＶＤ光が通過してもスポットの形成に寄与しないことが望まれる。このようにすることで遮光板などの部品点数を少なくすることができる。
【０１１３】
本実施例の場合は、外周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数が、内周領域および中周領域と同じ−１次に集中すると、内周領域および中周領域により形成されるスポット周辺に、外周領域からの不要な光が集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招く。また、外周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数が、−１次に近い次数、つまり−１次の隣の０次や−２次であっても、外周領域からの不要な光が内周領域および中周領域により形成されるスポット周辺に集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招くことがある。
【０１１４】
外周領域を表７のように設計することで、外周領域を通過するＤＶＤ光が従来の設計のような回折を起こさず様々な方向に拡散される。
【０１１５】
図１２は実施例２の光量分布を示すグラフである。図１２に示すように、外周領域を通過したＤＶＤ光の光量は、内周領域および中周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数の０次と１次の間に集中する。つまり、内周領域および中周領域を通過したＤＶＤ光で形成される−１次光のスポットに対して十分に離れた記録面上の位置に到達する。このように外周領域から迷光になる方向に進む成分はほとんど存在しないため、結果として記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。
【０１１６】
（比較例２）
実施例２の外周領域を、従来のようにＢＤ光が＋１次の回折次数で回折しスポットを形成する鋸歯形状により構成した場合の幅と深さを表９に示す。
【０１１７】
【表９】
2013099225.tif 000051
【０１１８】
表９における鋸歯形状の幅と深さは、外周領域を通過したＢＤ光が＋１次の回折次数で回折するように設計されている。
【０１１９】
外周領域を通過したＤＶＤ光は鋸歯形状によってＢＤ光と同様に回折される。その各次数毎の回折効率を表１０および図１３に示す。
【０１２０】
【表１０】
2013099225.tif 000052
【０１２１】
図１３は、比較例２の対物レンズの回折効率を示すグラフである。
【０１２２】
表１０および図１３に示すように、外周領域で回折されたＤＶＤ光のうち−１次の回折光の回折効率は４．２％であった。この数値は、０次回折光や１次回折光の回折効率よりも低い値ではあるが、迷光成分としては十分な値である。すなわち、比較例２の対物レンズでは、ＤＶＤディスクを使用した場合に迷光成分が大幅に増え、再生、記録、消去の性能が著しく低下する。
【０１２３】
（実施例３）
実施例３に係る対物レンズ素子の第１面は、光軸Ａを含む内周領域と、内周領域を取り囲む中周領域と、中周領域を取り囲む外周領域に分割されている。第１面の内周領域には、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する７レベルの階段状回折構造が設けられている。中周領域にはレンズの光軸から離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する４レベルの階段状回折構造が設けられている。外周領域には、鋸歯状凹凸構造が設けられている。第２面は、光軸を含む領域１と、領域１を取り囲む領域２に分割されている。領域１及び領域２はそれぞれ異なる非球面形状である。実施例３に係る対物レンズ素子は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換レンズである。ＢＤに関する設計値は、波長４０８ｎｍ、焦点距離１．５ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．０８７５ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７１ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚０．６ｍｍである。ＣＤに関する設計値は、波長７８５ｎｍ、焦点距離１．８４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【０１２４】
表１１および１２に実施例３に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを示す。
【０１２５】
【表１１】
2013099225.tif 000053
【０１２６】
【表１２】
2013099225.tif 000054
【０１２７】
表１３に、第１面の外周領域に設けた鋸歯状凹凸構造を構成する鋸歯形状の幅と深さを示す。
【０１２８】
【表１３】
2013099225.tif 000055
【０１２９】
表１３の構成で外周領域には、対物レンズ素子の光軸から外周側へと順に、第１形状、第２形状、第３形状、第４形状、…、第１８形状が設けられている。鋸歯形状の幅および深さは、実施例１と同様の定義である。ここで第１の光路差を付与する第１鋸歯形状は、表１３の第１形状、第３形状、第７形状、第１０形状、第１４形状、第１６形状に対応し、第２の光路差を付与する第２鋸歯形状は、表１３の第２形状、第５形状、第９形状、第１１形状、第１２形状、第１７形状に対応し、第３の光路差を付与する第３鋸歯形状は、表１３の第４形状、第６形状、第８形状、第１３形状、第１５形状、第１８形状に対応する。
【０１３０】
本実施例では、内周領域を通過するＤＶＤ光は−２次の回折次数で回折され、中周領域を通過するＤＶＤ光は−１次の回折次数で回折され、ＤＶＤディスクの記録面上にスポットを形成する。このとき、外周領域はＤＶＤ光が通過してもスポットの形成に寄与しないことが望まれる。このようにすることで遮光板などの部品点数を少なくすることができる。
【０１３１】
本実施例の場合は、外周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数が、内周領域と同じ−２次または中周領域と同じ−１次となると、内周領域および外周領域により形成されるスポット周辺に外周領域からの不要な光が集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招く。また、外周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数が、−１次と−２次に近い次数、つまり−１次の隣の０次や−３次であっても、外周領域からの不要な光が内周領域および中周領域により形成されるスポット周辺に集まる。そのために光検出器に戻る迷光が増え性能の低下を招くことがある。
【０１３２】
外周領域を表１３のように設計することで、外周領域を通過するＤＶＤ光が従来の設計のような回折を起こさず様々な方向に拡散される。
【０１３３】
図１４は、実施例３の光量分布を示すグラフである。外周領域を通過したＤＶＤ光の光量は、内周領域および中周領域を通過したＤＶＤ光の回折次数の０次と１次の間に集中する。つまり、内周領域および中周領域を通過したＤＶＤ光で形成されるスポットに対して十分に離れた記録面上の位置に到達する。このように外周領域から迷光となる方向に進む成分はほとんど存在しないため、結果として記録面で反射し光検出器に戻る迷光の光量は少なくなる。
【０１３４】
（比較例３）
実施例３の外周領域を、従来のようにＢＤ光が＋１次の回折次数で回折しスポットを形成する鋸歯形状により構成した場合の幅と深さを表１４に示す。
【０１３５】
【表１４】
2013099225.tif 000056
【０１３６】
表１４における鋸歯形状の幅と深さは、外周領域を通過したＢＤ光が＋１次の回折次数で回折するように設計されている。
【０１３７】
外周領域を通過したＤＶＤ光は鋸歯形状によってＢＤ光と同様に回折される。その各次数毎の回折効率を表１５および図１５に示す。
【０１３８】
【表１５】
2013099225.tif 000057
【０１３９】
図１５は、比較例３の対物レンズの回折効率を示すグラフである。
【０１４０】
表１５および図１５に示すように、外周領域で回折されたＤＶＤ光のうち−１次の回折光の回折効率は５．０％であった。この数値は、０次回折光や１次回折光の回折効率よりも低い値ではあるが、迷光成分としては十分な値である。すなわち、比較例３の対物レンズでは、ＤＶＤディスクを使用した場合に迷光成分が大幅に増え、再生、記録、消去の性能が著しく低下する。
【０１４１】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
【０１４２】
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【０１４３】
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
本開示における光学素子およびこれを用いた光ヘッド装置は、波長の異なる光を用いる複数の規格の光ディスクに対して、情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行うのに有効である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０  光ディスク（ＢＤ）
１１  情報記録面
２０  光ディスク（ＤＶＤ）
２１  情報記録面
３０  光ディスク（ＣＤ）
３１  情報記録面
６１  青色ビーム
６２  赤色ビーム
６３  赤外ビーム
１００  光ヘッド装置
１１０  レーザー光源（ＢＤ）
１２０  レーザー光源（ＤＶＤ）
１３０  ビームスプリッタ
１４０  ビームスプリッタ
１５０  コリメートレンズ
１６０  １／４波長板
１７０  立ち上げミラー
１８０  駆動部
１９０  検出レンズ
１９１  光検出器
２００  対物レンズ
２０１  内周領域（ＢＤ／ＤＶＤD互換）
２０２  外周領域（ＢＤ専用）
２１０  階段状回折構造
２２０  凹凸構造
Ｂ１  第１鋸歯形状
Ｂ２  第２鋸歯形状
Ｂ３  第３鋸歯形状
３００  対物レンズ
３０１  内周領域（ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換）
３０２  中周領域（ＢＤ／ＤＶＤ互換）
３０３  外周領域（ＢＤ専用）
３１０  第１階段状回折構造
３２０  第２階段状回折構造
３３０  凹凸構造
４００  光ヘッド装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの面が複数の領域に分割されている光学素子であって、
第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光すると共に、第２光ディスクの記録面上に波長λ２の光を集光する第１領域と、
前記第１領域の外周部分に形成され、第１光ディスクの記録面上に波長λ１の光を集光する第２領域とを備え、
前記第２領域には、非球面上に同心円状に形成された、鋸歯形状の断面を有する凹凸構造が設けられ、
前記凹凸構造は、形状が異なる複数の鋸歯形状で構成され、
前記形状が異なる複数の鋸歯形状のそれぞれは、前記波長λ１の光に対して、前記波長λ１の略整数倍のそれぞれ異なる位相差を付与する形状であり、
前記凹凸構造は、
前記第２領域を通過する波長λ１の光に対して、第１の光路差を付与する第１鋸歯形状と、
前記第２領域を通過する波長λ１の光に対して、第２の光路差を付与する第２鋸歯形状と、
前記第２領域を通過する波長λ１の光に対して、第３の光路差を付与する第３鋸歯形状とを有し、
前記凹凸構造の少なくとも一部において、
前記第１鋸歯形状と前記第１鋸歯形状との間には、少なくとも前記第２鋸歯形状または前記第３鋸歯形状が存在し、
前記第２鋸歯形状と前記第２鋸歯形状との間には、少なくとも前記第１鋸歯形状または前記第３鋸歯形状が存在し、
前記第３鋸歯形状と前記第３鋸歯形状との間には、少なくとも前記第１鋸歯形状または前記第２鋸歯形状が存在する、光学素子。
【請求項２】
前記光学素子は、対物レンズであり、
以下の条件を満足する、請求項１に記載の光学素子：
【数５】
2013099225.tif 000058
ここで
ｈ１：第１鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｈ２：第２鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｈ３：第３鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｓ：鋸歯状の凹凸構造が形成されている部分の非球面上の任意の点に接する平面が、光軸に垂直な面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
f：波長λ１のときの対物レンズの焦点距離［ｍｍ］、
ｎ：波長λ１のときの光学素子の材料の屈折率
Ｘ、Ｙ、Ｚ：整数（Ｘ＜Ｙ＜Ｚ）
である。
【請求項３】
前記光学素子は、対物レンズであり、
以下の条件を満足する、請求項１に記載の光学素子：
【数６】
2013099225.tif 000059
ここで
ｈ１：第１鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｈ２：第２鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｈ３：第３鋸歯形状の光軸方向の高さ、
ｓ：鋸歯状の凹凸構造が形成されている部分の非球面上の任意の点に接する平面が、光軸に垂直な面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
f：波長λ１のときの対物レンズの焦点距離［ｍｍ］
ｎ：波長λ１のときの光学素子の材料の屈折率
である。
【請求項４】
前記第１領域には、階段状の断面を有する回折構造が設けられる、請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１領域は、前記第１領域を通過する前記波長λ２の光を、０次の回折次数もしくは±１次の回折次数で回折させて前記第２光ディスクの記録面上に集光する、請求項１記載の光学素子。
【請求項６】
前記λ１の光の波長は３５０〜４５０ｎｍであり、
前記λ２の光の波長は６００〜８００ｎｍである、請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
前記凹凸構造を構成する複数の鋸歯形状の少なくとも一部が、非周期的に形成されている、請求項１に記載の光学素子。
【請求項８】
請求項１に記載の光学素子を備える、光ヘッド装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013099225.tif 000060
【図２】
2013099225.tif 000061
【図３】
2013099225.tif 000062
【図４】
2013099225.tif 000063
【図５】
2013099225.tif 000064
【図６】
2013099225.tif 000065
【図７】
2013099225.tif 000066
【図８】
2013099225.tif 000067
【図９】
2013099225.tif 000068
【図１０】
2013099225.tif 000069
【図１１】
2013099225.tif 000070
【図１２】
2013099225.tif 000071
【図１３】
2013099225.tif 000072
【図１４】
2013099225.tif 000073
【図１５】
2013099225.tif 000074
【国際調査報告】
2013099225.tif 000075
2013099225.tif 000076
2013099225.tif 000077
2013099225.tif 000078