(57)【要約】  ２以上の波長に対して互換性を有し、各波長の光の集光性能に優れる光学素子及びこれを用いる光ヘッド装置を提供する。本開示における光学素子は、光軸を含む第１領域と、第１領域の外周部分に形成される第２領域とを備え、第１領域及び第２領域は、非球面上に周期的に形成された階段状の断面を持つ第１回折構造及び第２回折構造をそれぞれ有し、第１領域において、第１回折構造の頂部間に含まれるステップ数と、光軸と光軸から最も近い第１回折構造の頂部の間に含まれるステップ数とが異なる。
2013099201.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、光軸を含む第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２領域とを備え、
前記第１領域は、非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第１回折構造を有し、
前記第２領域は、非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第２回折構造を有し、
前記第１領域において、前記第１回折構造の頂部間に含まれるステップ数と、光軸と光軸から最も近い前記第１回折構造の頂部の間に含まれるステップ数とが異なる、光学素子。
【請求項２】
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、光軸を含む第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２領域とを備え、
前記第１領域は、第１非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第１回折構造を有し、
前記第２領域は、第２非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第２回折構造を有し、
以下の条件を満足する、光学素子：
【数６】
2013099201.tif 000014
ここで、
Φ１１：第１光ディスクに集光する波長λ１の光に対して、第１領域のうち最も前記第２領域に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差、
Φ１２：第１光ディスクに集光する前記波長λ１の光に対して、前記第２領域のうち最も前記第１領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差、
Φ２１：第２光ディスクに集光する波長λ２の光に対して、第１領域のうち最も前記第２領域に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差、
Φ２２：第２光ディスクに集光する前記波長λ２の光に対して、第２領域のうち最も前記第１領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差、
Ｎ１：Φ１１＋Φ１２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数、
Ｎ２：Φ２１＋Φ２２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数
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２に記載の光学素子：
【数７】
2013099201.tif 000015
ここで、
ｄ１：第１領域のうち最も第２領域に近いステップの第１非球面からの光軸方向の高さ、
ｄ２：第２領域のうち最も第１領域に近いステップの第２非球面からの光軸方向の高さ、
ｓ１：第１領域の最も外側のステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
ｓ２：第２領域の最も内側のステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
ｆ：対物レンズの焦点距離［ｍｍ］、
ｎ１：波長λ１のときの光学素子の屈折率、
ｎ２：波長λ２のときの光学素子の屈折率
である。
【請求項４】
前記第１領域の回折構造が、５〜９のステップを１周期とする階段状の回折構造である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第２領域の回折構造が、３〜８のステップを１周期とする階段状の回折構造であり、
前記第２領域の回折構造の１周期のステップ数が、前記第１領域の回折構造の１周期のステップ数未満である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記波長λ１の光は波長３５０〜４５０ｎｍであり、
前記波長λ２の光は波長６００〜８００ｎｍである、請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１に記載の光学素子を備える、光ヘッド装置。
【請求項８】
前記第１領域の回折構造が、５〜９のステップを１周期とする階段状の回折構造である、請求項２に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第２領域の回折構造が、３〜８のステップを１周期とする階段状の回折構造であり、
前記第２領域の回折構造の１周期のステップ数が、前記第１領域の回折構造の１周期のステップ数未満である、請求項２に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記波長λ１の光は波長３５０〜４５０ｎｍであり、
前記波長λ２の光は波長６００〜８００ｎｍである、請求項２に記載の光学素子。
【請求項１１】
請求項２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ヘッド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、２以上の波長に対して互換性を有し、各波長の光の集光性能に優れる光学素子およびこれを備える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おり、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、光軸を含む第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２領域とを備える。第１領域は、非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第１回折構造を有し、第２領域は、非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第２回折構造を有する。第１領域において、第１回折構造の頂部間に含まれるステップ数と、光軸と光軸から最も近い第１回折構造の頂部の間に含まれるステップ数とが異なる。【０００６】
また、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おり、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、光軸を含む第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２領域とを備える。第１領域は、第１非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第１回折構造を有し、第２領域は、第２非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第２回折構造を有する。そして、以下の条件を満足する。【０００７】
【数１】
2013099201.tif 000003
ここで、
Φ１１：第１光ディスクに集光する波長λ１の光に対して、第１領域のうち最も第２領域に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差、
Φ１２：第１光ディスクに集光する波長λ１の光に対して、第２領域のうち最も第１領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差、
Φ２１：第２光ディスクに集光する波長λ２の光に対して、第１領域のうち最も第２領域に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差、
Φ２２：第２光ディスクに集光する波長λ２の光に対して、第２領域のうち最も第１領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差、
Ｎ１：Φ１１＋Φ１２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数、
Ｎ２：Φ２１＋Φ２２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数
である。
【発明の効果】
【０００８】
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、２以上の波長に対して互換性を確保しつつ、各波長の光の集光性能を向上させるのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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実施形態の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素子の回折形状を示す部分拡大図である。
【図４】図４（ａ）は、従来の内周領域に形成された階段状回折構造を示す図、図４（ｂ）は、従来の階段状回折構造がＢＤ光に与える位相差を説明するための図、図４（ｃ）は、従来の階段状回折構造４１０がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）は、従来の中周領域に形成された階段状回折形状を示す図、図５（ｂ）は、従来の階段状回折構造がＢＤ光に与える位相差を説明するための図、図５（ｃ）は、従来の階段状回折構造４２０がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【図６】図６（ａ）は、従来の階段状回折形状を１つの光学機能面内に形成したときの図、図６（ｂ）は、階段状回折構造がＢＤ光に与える位相差を説明するための図、図６（ｃ）は、従来の階段状回折構造がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【図７】図７（ａ）は、本実施形態の対物レンズ２００の内周領域に形成された第１階段状回折構造、および中周領域に形成された第２階段状回折構造を示す図、図７（ｂ）は、本実施形態の階段状回折構造がＢＤ光に与える位相差を説明するための図、図７（ｃ）は、本実施形態の階段状回折構造がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【図８】図８は、階段状回折構造の最も外側のステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角を説明するための図である。
【図９】図９は、第２実施形態の光ヘッド装置の概略構成図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態の対物レンズの概略断面図である。
【図１１】図１１は、実施例２の対物レンズの内周領域の回折構造を示す概略図である。
【図１２】図１２は、実施例２の対物レンズの回折構造を示す概略図である。
【図１３】図１３は、実施例３の対物レンズの内周領域の回折構造を示す概略図である。
【図１４】図１４は、実施例３の対物レンズの回折構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
＜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。
【００１３】
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ＣＤ規格に互換性を有した構成になっている。
【００１４】
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。
【００１５】
レーザー光源１２０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。
【００１６】
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。
【００１７】
［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。
【００１８】
第１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。
【００１９】
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３つの領域、すなわち、光軸を含む内周領域２０１と、内周領域２０１を取り囲む輪帯状の中周領域２０２と、中周領域２０２を取り囲む輪帯状の外周領域２０３とに分割されている。内周領域２０１、中周領域２０２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２０３には、凹凸構造が設けられている。
【００２０】
内周領域２０１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。内周領域２０１は、第１領域の一例である。
【００２１】
中周領域２０２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２０２は、第２領域の一例である。
【００２２】
外周領域２０３はＢＤの光のみがスポットに寄与するＢＤ専用の領域である。
【００２３】
［１−３．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、階段状回折構造と鋸歯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鋸歯構造は、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鋸歯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。
【００２４】
また、図３において、階段状回折構造と鋸歯構造の下方は例えばガラス等のレンズ部材であり、階段状回折構造と鋸歯構造の上方は空気である。なお、以下の説明において、特段の説明がない限り、階段状回折構造と鋸歯構造の部分拡大図を示す他の図面でも同様に、階段状回折構造と鋸歯構造の下方をレンズ部材とし、上方を空気とする。
【００２５】
対物レンズ２００は、主として内周領域２０１と中周領域２０２と外周領域２０３とを備える。
【００２６】
対物レンズ２００は、内周領域２０１に形成される第１階段状回折構造２１０と、中周領域２０２に形成される第２階段状回折構造２２０と、外周領域２０３に形成される鋸歯構造２３０とを備える。図３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３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２０１には、第１階段状回折構造２１０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２１０で構成される。同様に、中周領域２０２には、第２階段形状２２０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２２０で構成される。
【００２７】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００２８】
内周領域２０１に設けられる第１回折構造２１０は、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの段差で１周期を構成する階段状周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、レンズのベース面に対して略平行になっている階段状形状のステップの部分の数をいう。
【００２９】
内周領域２０１の階段状回折構造の段差高さは、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。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。
【００３０】
内周領域２０１に設ける階段状回折構造の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。
【００３１】
中周領域２０２に設けられる第２回折構造２２０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周期を構成する階段状周期構造である。中周領域２０２の階段状回折構造の段差高さは、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１５１Ｂに設ける階段状回折構造の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。
【００３２】
外周領域２０３に設けられる鋸歯状回折構造の高さは、外周領域２０３を通過するＢＤ用の波長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＋１次の回折次数で回折するように設計されている。
【００３３】
［１−４．特徴部分について］
本実施形態は、内周領域において、第１回折構造２１０の頂部間に含まれるステップ数と、光軸Ａと光軸から最も近い第１回折構造２１０の頂部の間に含まれるステップ数とが異なることを特徴とする。なお、第１回折構造２１０の頂部とは、第１回折構造２１０のうち、ベース面からの高さが最も高い部分をいう。
【００３４】
このように内周領域を設計することで、対物レンズの収差が小さくなり、結果として性能の良いＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤの３つの波長で互換する光学素子が実現できる。以下、理由について説明する。
【００３５】
図４〜７は、階段状回折構造がＢＤ光およびＤＶＤ光に与える位相変化量を説明するための模式図である。
【００３６】
図４（ａ）は、従来の内周領域に形成された階段状回折構造４１０を示す図である。図４（ｂ）は、この従来の階段状回折構造４１０がＢＤ光に与える位相差を説明するための図である。図４（ｃ）は、この従来の階段状回折構造４１０がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【００３７】
図５（ａ）は、従来の中周領域に形成された階段状回折形状４２０を示す図である。図５（ｂ）は、この従来の階段状回折構造４２０がＢＤ光に与える位相差を説明するための図である。図５（ｃ）は、この従来の階段状回折構造４２０がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【００３８】
図６（ａ）は、図４および図５で説明した従来の階段状回折形状４１０、４２０を１つの光学機能面内に形成したときの図である。図６（ｂ）は、この従来の階段状回折構造４１０、４２０がＢＤ光に与える位相差を説明するための図である。図６（ｃ）は、この従来の階段状回折構造４１０、４２０がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【００３９】
図７（ａ）は、本実施形態の対物レンズ２００の内周領域２０１に形成された第１階段状回折構造２１０、および中周領域２０２に形成された第２階段状回折構造を示す図である。図７（ｂ）は、本実施形態の階段状回折構造がＢＤ光に与える位相差を説明するための図である。図７（ｃ）は、本実施形態の階段状回折構造がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【００４０】
複数のフォーマットに対応する互換レンズでは、内周領域と外周領域とで異なる形状の階段状回折形状が形成される。この階段状回折形状は、各段差部分で通過する光の波長に応じた位相差を発生させる機能を有する。
【００４１】
まず、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて従来の内周領域に形成された階段状回折構造について説明する。図４（ａ）に示す階段状回折構造４１０は、６レベルの構造である。図４（ａ）に示すように、従来の構成では、光軸Ａに垂直な方向において、階段状回折構造４１０の各ステップのうち最も高い部分から最も低い部分までを１周期として設計されている。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、階段状回折形状が６レベルの場合、１段の深さはＢＤ光にとって約１．３３波長分の距離となるように設計する。１段の段差が発生する位相差はＢＤ光に対しては約１．３３波長分であるが、波長の整数倍分の位相差は、スポットの形成には影響しない。よって、この１段の段差は、ＢＤ光にとっては約０．３３波長分の位相差を発生する段差と等しい。本実施形態では１周期には６段の段差があるので、その１段につき約０．３３波長分の位相差が発生する。その結果、図４（ｂ）に示すように、１周期にわたってＢＤ光に対して約２波長分の位相差が発生する。つまり、内周領域２０１を通過するＢＤ光は、＋２次の回折次数で回折することになる。
【００４３】
ＢＤ光にとっての約１．３３波長分の距離は、ＤＶＤ光にとっては約０．８３波長分の距離となる。これはＢＤ光とＤＶＤ光との波長差と、光学素子の屈折率の差に因る。１段の段差が発生する位相差はＤＶＤ光に対しては約０．８３波長分であるが、波長の整数倍分の位相の差は、スポットの形成には影響しない。よって、この１段の段差は、ＤＶＤ光にとっては約−０．１７波長分の、ＢＤ光とは逆向きの位相差を発生する段差と等しい。ここでは１周期内に６段の段差があるので、その１段につき約−０．１７波長分の位相差が発生する。その結果、図４（ｃ）に示すように、１周期にわたってＤＶＤ光に対して約−１波長分の位相差が発生する。つまり、内周領域２０１を通過するＤＶＤ光は、−１次の回折次数で回折することになる。
【００４４】
ここで、階段状回折構造４１０同士の接続部分Ｃに着目して説明する。図４（ａ）のような従来の構成の場合、階段状回折形状の接続部Ｃでは、ＢＤ光はベース面Ｌに対して、約０．５波長分、もしくは約−０．５波長分の位相差が発生する（図４（ｂ）参照）。一方、接続部Ｃでは、ＤＶＤ光はベース面Ｌに対しり位相差がほとんど無い（図４（ｂ）参照）。
【００４５】
次に、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて従来の中周領域に形成された階段状回折構造４２０について説明する。図５（ａ）に示す階段状回折構造４２０は、４レベルの構造である。図５（ａ）に示すように、従来の構成では、光軸Ａに垂直な方向において、階段状回折構造４２０の各ステップのうち最も高い部分から最も低い部分までを１周期として設計されている。
【００４６】
階段状回折形状が４レベルの場合、１段の深さはＢＤ光にとって約１．２５波長分の距離となるように設計する。１段の段差で発生する位相差はＢＤ光に対しては約１．２５波長分だが、波長の整数倍分の位相の差は、スポットの形成には影響しない。よって、この１段の段差は、ＢＤ光にとっては約０．２５波長分の位相差を発生する段差と等しい。ここでは、１周期内に４段の段差があり、その１段につき約０．２５波長分の位相差が発生する。その結果、図５（ｂ）に示すように、１周期にわたってＢＤ光に対して約１波長分の位相差が発生する。つまり、中周領域を通過するＢＤ光は、＋１次の回折次数で回折することになる。
【００４７】
ＢＤ光にとっての約１．２５波長分の距離は、ＤＶＤ光にとっては約０．７５波長分の距離となる。これはＢＤ光とＤＶＤ光の波長差と、光学素子の屈折率の差に因る。１段の段差が発生する位相差はＤＶＤ光に対しては約０．７５波長分であるが、波長の整数倍分の位相の差は、スポットの形成には影響しない。よって、この１段の段差は、ＤＶＤ光にとっては約−０．２５波長分の、ＢＤ光とは逆向きの位相差を発生する段差と等しい。本実施形態では１周期には４段の段差があるので、その１段につき約−０．２５波長分の位相差が発生する。その結果、図５（ｃ）に示すように、１周期にわたってＤＶＤ光に対して約−１波長分の位相差が発生する。つまり−１次の回折次数で回折することになる。
【００４８】
ここで、階段状回折構造４２０同士の接続部分Ｃに着目して説明する。図５（ａ）のような従来の構成の場合、階段状回折形状の接続部Ｃでは、ＢＤ光、ＤＶＤ光ともにベース面Ｌに対して、位相差がほとんど無い（図５（ｂ）および（ｃ）参照）。
【００４９】
次に、従来の階段状回折構造４１０、４２０を接続した場合について説明する。
【００５０】
図６（ａ）は、図４（ａ）および図５（ａ）に示した階段状回折構造４１０、４２０を１つの光学機能面上で接続したときの図である。以下、ＢＤ光およびＤＶＤ光が図６（ａ）の示すような従来の構造を通過するときの位相の変化について説明する。
【００５１】
上述したとおり、ＤＶＤ光が階段状回折構造４１０を通過するときに発生する位相差も、階段状回折構造４２０を通過するときに発生する位相差も、ともに１波長分である。そのため、図６（ｃ）に示すように、２つ階段状回折構造４１０、４２０の接続部Ｃで、ＤＶＤ光の位相の差がない。言い換えると、接続部ＣでＤＶＤ光の位相が一致する。すなわち、この２つの階段状回折構造４１０、４２０を通過するＤＶＤ光は、波面が揃った状態で出射される。
【００５２】
一方、図６（ｂ）に示すように、接続部Ｃにおいて、ＤＶＤ光には約０．５波長分の位相の差が生じる。つまり内周領域を通過するＢＤ光と中周領域を通過するＢＤ光の位相が略逆位相となる。逆位相の光は記録面上のスポット上で光の強度を打ち消すように干渉するため、適切なスポットを形成できなくなる。よって光学素子の性能が悪化する。
【００５３】
従来は、上記のように階段状回折形状を１周期として異なる回折形状を光学素子の領域間で接続していた。そして、ある１つの波長について光の波面を略一致させる方法が検討されていた。しかし、本実施形態の対物レンズが実現するような、ＢＤ光とＤＶＤ光のように複数の異なる波長の光について、波面を略一致させる手段については今まで十分に検討されていなかった。
【００５４】
そこで本実施形態では、内周領域２０１において、第１階段状回折構造２１０の頂部間に含まれるステップ数と、光軸Ａと光軸Ａから最も近い第１階段状回折構造の頂部の間に含まれるステップ数とが異なるように設計する。
【００５５】
図７（ａ）は、本実施形態の対物レンズ２００の内周領域２０１に形成された第１階段状回折構造２１０および中周領域２０２に形成された第２階段状回折構造を示す図である。
【００５６】
図７（ａ）に示すように、隣り合う第１階段状回折構造２０１の頂部Ｔの間に含まれるステップ数は６であり、光軸Ａと光軸Ａから最も近い第１階段状回折構造２１０の頂部Ｔとの間に含まれるステップ数は３である。
【００５７】
このような形状を１周期とすることで、内周領域２０１と中周領域２０２の接続部ＣにおけるＢＤ光の位相差は、内周領域２０１では約＋０．５波長分であり、中周領域２０２では約−０．５波長分となる。その結果、この接続部Ｃでは、ＢＤ光は約１波長分の位相差が生じる。しかし前述のように波長の整数倍分の位相差はスポットの形成には寄与しない。よって、接続部ＣではＢＤ光の位相は略揃うことになり、従来のような逆位相にならない。
【００５８】
ＤＶＤ光についても同様に、接続部ＣにおけるＤＶＤ光の位相差は、内周領域２０１では約＋０．５波長分であり、外周領域２０２では約−０．５波長分となる。その結果、この接続部ＣではＤＶＤ光は約１波長分の位相差が生じる。しかし、前述のように波長の整数倍分の位相差はスポットの形成には寄与しない。よって接続部ＣではＤＶＤ光の位相は略揃うことになり、従来のような逆位相にならない。
【００５９】
このような構成により、ＢＤ光およびＤＶＤ光の２つの波長の光の位相を揃えることができる。
【００６０】
このように設計することで、ＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤの３つの波長に互換性を有し、かつ、集光性能に優れた光学素子が実現できる。
【００６１】
なお、本実施の形態は、ＢＤ光とＤＶＤ光の波面を略一致させる方法について説明したが、ＣＤ光に関しても波面が略一致するように設計してもよい。このようにする場合、光学素子の表面をさらに複数の領域に分割する。
【００６２】
また、第１光ディスクに集光する波長λ１の光に対して、内周領域２０１のうち最も中周領域に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差Φ１１と、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差Φ１２が下記式（１）を満たし、かつ、第２光ディスクに集光する波長λ２の光に対して、内周領域２０１のうち最も中周領域２０２に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差Φ２１と、中周領域２０２のうち最も内周領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差Φ２２が下記式（２）を満たすことが望ましい。このような構成によっても、ＢＤ光およびＤＶＤ光の２つの波長の光の位相を揃えることができる。
【００６３】
【数２】
2013099201.tif 000004
ただし、
Ｎ１：Φ１１＋Φ１２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数、
Ｎ２：Φ２１＋Φ２２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数
である。
【００６４】
さらに、内周領域２０１のうち最も中周領域に近いステップの光軸方向における第１非球面からの高さをｄ１とし、中周領域のうち最も内周領域に近いステップの光軸方向における第２非球面からの高さをｄ２としたときに、Φ１１、Φ１２、Φ２１、Φ２２は下記式（３）〜（６）で表すことが可能である。
【００６５】
【数３】
2013099201.tif 000005
ただし、
ｓ１：内周領域の終端部（最も外側）に位置するステップが、光軸Ａに直交する平面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
ｓ２：中周領域の始端部（最も内側）に位置するステップが、光軸Ａに直交する平面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
ｆ：対物レンズの焦点距離［ｍｍ］、
ｎ１：波長λ１のときの光学素子の屈折率、
ｎ２：波長λ２のときの光学素子の屈折率
である。
【００６６】
図８は、階段状回折構造の最も外側のステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角を説明するための図である。図８において、Ｌはベース面（非球面）を表し、Ｍは光軸と直交する平面を表し、Ｐは第１階段状回折構造２１０の最も外側のステップまたは第２階段状回折構造の最も内側のステップの外面を包含する平面を表す。上述した角度ｓ１およびｓ２は、図８のように定義される値である。
【００６７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る光ヘッド装置５００について説明する。第１実施形態の光ヘッド１００は、３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５００は、２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。
【００６８】
また、本実施形態の対物レンズ６００は、ＢＤ光とＤＶＤ光の２つの波長に対して収差補正を行うことができる。対物レンズ６００の光学機能面には、第１実施形態の対物レンズ２００の内周領域２１０および中周領域２２０をそのまま適用することができる。
【００６９】
すなわち、対物レンズ６００の内周領域６０１が、対物レンズ２００の内周領域２０１に相当する。また。対物レンズ６００の外周領域６０２が対物レンズ２００の中周領域２０２に相当する。対物レンズ６００の内周領域６０１は、第１領域の一例である。また、対物レンズ６００の外周領域６０２は、第２領域の一例である。
[２−１．光ヘッド装置]
【００７０】
以下、光ヘッド装置５００について説明する。
【００７１】
図９は、光ヘッド装置５００の概略構成図である。
【００７２】
青色光ビーム６１の光の流れについては、第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００７３】
レーザー光源１２５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６００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６００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。
【００７４】
［２−２．対物レンズ］
次に、本実施形態の対物レンズ６００について説明する。図１０は、本実施形態の対物レンズ６００の概略断面図である。
【００７５】
対物レンズ６００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６０１と、内周領域６０１を取り囲む輪帯状の外周領域６０２とに分割されている。内周領域６０１には、第１実施形態の第１階段状回折構造２１０に対応する第１階段状回折構造が設けられている。外周領域６０２には、第１実施形態の第２階段状回折構造２２０に対応する第２階段状回折構造６２０が設けられている。内周領域６０１と外周領域６０２はともに、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。
【００７６】
第２実施形態における第１階段状回折構造および第２階段状回折構造の光学的な機能や、１周期分の形状や、接続部分での位相差については第１実施形態と同様であるので、繰り返しの説明を省略する。
【００７７】
（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】
【００７８】
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用いて説明する。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。【００７９】
【数４】
2013099201.tif 000006
ここで、
Ｘ：光軸からの高さがｈである非球面状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。【００８０】
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。【００８１】
【数５】
2013099201.tif 000007
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【００８２】
実施例１〜３の対物レンズ素子の光学面の部分拡大図を、図７、１１および１３に示す。具体的には、図７、１１および１３は、内周領域と中周領域とで構成される互換領域を拡大した図である。本実施例では、それぞれの図において、光学面の下方をレンズ部材とし、回折構造の上方を空気とする。【００８３】
（実施例１）
実施例１は、実施形態１に対応する。実施例１に係る対物レンズの第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、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、鋸歯状回折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１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０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７８ｍｍ、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１．９４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。【００８４】
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。【００８５】
【表１】
2013099201.tif 000008
【００８６】
【表２】
2013099201.tif 000009
【００８７】
実施例１の内周領域では、６レベルの階段状段差により１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第６段差とする。階段状回折構造の１周期を構成する各段差の深さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．３３波長分の位相差を付与するように設計され、第３段差と第４段差の間の深さは、逆方向に略６．６５波長分の位相差を付与するように設計されている。【００８８】
ここで段差の深さとは、図７の矢印で示すように隣り合う段差の間に存在する、光軸に平行な方向の高さを指す。【００８９】
実施例１の中周領域では、４レベルの階段状段差により１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。階段状回折構造の１周期を構成する各段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第２段差と第３段差の間の高さは、逆方向に略３．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。【００９０】
本実施例では、第１回折構造の頂部間に含まれるステップ数は６であり、光軸と光軸から最も近い第１回折構造の頂部との間に含まれるステップ数は３である。【００９１】
内周領域のうち最も中周領域に近いステップが内周領域の非球面に与える位相差は、ＢＤ光に対して約０．６６波長分であり、ＤＶＤ光に対して約０．４２波長分である。また、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが中周領域の非球面に与える位相差は、ＢＤ光に対して約−０．６２５波長分であり、ＤＶＤ光に対して約−０．３７５波長分である。内周領域のうち最も中周領域に近いステップの、内周領域の非球面からの光軸方向の高さは約０．６３μｍであり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップの、中周領域の非球面からの光軸方向の高さは約０．７２μｍである。内周領域のうち最も中周領域に近いステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４９．０度であり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４９．１度である。【００９２】
このように構成すると、内周領域と中周領域の接続部Ｃ近傍のＢＤ光の位相は、内周領域では約＋０．５波長分、中周領域では約−０．５波長分となり、この接続部ＣではＢＤ光には約１波長分の位相差が生じている。しかし前述のように波長の整数倍分の位相差はスポットの形成には寄与しない。よって接続部ＣではＢＤ光の位相は略揃うことになり、従来のような逆位相にならない。【００９３】
ＤＶＤ光についても同様に、内周領域と中周領域の接続部Ｃ近傍のＤＶＤ光の位相は、内周領域では約＋０．５波長分、中周領域では約−０．５波長分となり、この接続部ＣではＤＶＤ光には約１波長分の位相差が生じている。しかし前述のように波長の整数倍分の位相差はスポットの形成には寄与しない。よって接続部ＣではＤＶＤ光の位相は略揃うことになり、従来のような逆位相にならない。【００９４】
このように設計することで、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの波長に互換性を有し、かつ、集光性能に優れた光学素子が実現できる。【００９５】
（実施例２）
図１１および１２は、実施例２の対物レンズを説明するための模式図である。【００９６】
実施例２に係る対物レンズの第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、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０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７８ｍｍ、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１．９４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。【００９７】
表３および４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。【００９８】
【表３】
2013099201.tif 000010
【００９９】
【表４】
2013099201.tif 000011
【０１００】
図１１に示すように、実施例２の対物レンズの内周領域は、７レベルの階段状段差が連続して形成されることにより１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第７段差とする。【０１０１】
図１１では、段差は１周期の中に８つ存在するが、第８段差に相当する段差は、第１段差と同じ位相差を与える段差である。内周領域にこの回折構造を形成した場合、第８段差に相当する段差と、隣り合う回折形状の第１段差は一致し、領域全体で見たときに第８段差と第１段差は区別できない。よってこの回折形状は７レベルの階段状回折形状として見ることができる。【０１０２】
言い換えると、この第１回折構造は、単調に減少する７レベルの階段状形状を１周期とした回折形状の中間部分から中間部分までを１周期としたものである。【０１０３】
階段状回折構造の１周期を構成する各段差の深さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．１４波長分の位相差を付与するように設計され、第４段差と第５段差の間の深さは、逆方向に略６．８４波長分の位相差を付与するように設計されている。【０１０４】
実施例２の中周領域では、４レベルの階段状段差が連続して形成されることにより１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。階段状回折構造の１周期を構成する各段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第２段差と第３段差の間の高さは、逆方向に略３．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。【０１０５】
内周領域のうち最も中周領域に近いステップが、内周領域の非球面に与える位相差はＢＤ光に対して約０波長分であり、ＤＶＤ光に対して約０波長分であり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが、中周領域の非球面に与える位相差はＢＤ光に対して約１．８７５波長分であり、ＤＶＤ光に対して約１．１２５波長分である。内周領域のうち最も中周領域に近いステップの、内周領域の非球面からの光軸方向の高さは約０μｍであり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップの、中周領域の非球面からの光軸方向の高さは約１．８２μｍである。内周領域のうち最も中周領域に近いステップが光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４９．８度であり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４９．７度である。【０１０６】
本実施例では、第１回折構造の頂部間に含まれるステップ数は７であり、光軸と光軸から最も近い第１回折構造の頂部との間に含まれるステップ数は４である。【０１０７】
このように構成すると、内周領域と中周領域の接続部ＣのＢＤ光、ＤＶＤ光の位相は略一致する。【０１０８】
このように設計することで、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの波長に互換性を有し、かつ、集光性能に優れた光学素子が実現できる。【０１０９】
（実施例３）
図１３および１４は実施例３の対物レンズを説明するための模式図である。【０１１０】
実施例３に係る対物レンズの第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、９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、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は、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０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７８ｍｍ、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１．９４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。【０１１１】
表５および６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。【０１１２】
【表５】
2013099201.tif 000012
【０１１３】
【表６】
2013099201.tif 000013
【０１１４】
図１３に示すように、実施例３の内周領域では、９レベルの階段状段差が連続して形成されることにより１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第９段差とする。【０１１５】
図１３では、段差は１周期の中に１０存在するが、第１０段差に相当する段差は、第１段差と同じ位相差を与える段差である。内周領域にこの回折構造を形成した場合、第１０段差に相当する段差と、隣り合う回折形状の第１段差は一致し、領域全体で見たときに第１０段差と第１段差は区別できない。よってこの回折形状は９レベルの階段状回折形状として見ることができる。【０１１６】
言い換えると、この第１回折構造は、単調に減少する９レベルの階段状形状を１周期とした回折形状の中間部分から中間部分までを１周期としたものである。【０１１７】
階段状回折構造の１周期を構成する各段差の深さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．１１波長分の位相差を付与するように設計され、第５段差と第６段差の間の深さは、逆方向に略８．８８波長分の位相差を付与するように設計されている。【０１１８】
実施例３の中周領域では、４レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。階段状回折構造の１周期を構成する各段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第２段差と第３段差の間の高さは、逆方向に略３．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。【０１１９】
本実施例では、第１回折構造の頂部間に含まれるステップ数は９であり、光軸と光軸から最も近い第１回折構造の頂部との間に含まれるステップ数は５である。【０１２０】
内周領域のうち最も中周領域に近いステップが、内周領域の非球面に与える位相差はＢＤ光に対して約０波長分であり、ＤＶＤ光に対して約０波長分であり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが、中周領域の非球面に与える位相差はＢＤ光に対して約１．８７５波長分であり、ＤＶＤ光に対して約１．１２５波長分である。内周領域のうち最も中周領域に近いステップの、内周領域の非球面からの光軸方向の高さは約０μｍであり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップの、中周領域の非球面からの光軸方向の高さは約１．８０μｍである。内周領域のうち最も中周領域に近いステップが光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４７．７度であり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４７．６度である。【０１２１】
このように構成すると、内周領域と中周領域の接続部ＣのＢＤ光、ＤＶＤ光の位相は略一致する。【０１２２】
このように設計することで、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの波長に互換性を有し、かつ、集光性能に優れた光学素子が実現できる。【０１２３】
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。【０１２４】
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。【０１２５】
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】
【０１２６】
本開示における対物レンズ及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つを行う野に有効である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０  光ディスク
１１  情報記録面
２０  光ディスク
２１  情報記録面
３０  光ディスク
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
１２０  レーザー光源
１２５  レーザー光源
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
２０２  中周領域
２０３  外周領域
２１０  第１階段状回折構造
２２０  第２階段状回折構造
２３０  鋸歯状回折構造
５００  光ヘッド装置
６００  対物レンズ
６０１  内周領域
６０２  中周領域
６０３  外周領域
６１０  第１階段状回折構造
６２０  第２階段状回折構造
６３０  鋸歯状回折構造
【図１】
2013099201.tif 000016
【図２】
2013099201.tif 000017
【図３】
2013099201.tif 000018
【図４】
2013099201.tif 000019
【図５】
2013099201.tif 000020
【図６】
2013099201.tif 000021
【図７】
2013099201.tif 000022
【図８】
2013099201.tif 000023
【図９】
2013099201.tif 000024
【図１０】
2013099201.tif 000025
【図１１】
2013099201.tif 000026
【図１２】
2013099201.tif 000027
【図１３】
2013099201.tif 000028
【図１４】
2013099201.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月5日(2014.6.5)
【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ヘッド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、２以上の波長に対して互換性を有し、各波長の光の集光性能に優れる光学素子およびこれを備える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おり、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、光軸を含む第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２領域とを備える。第１領域は、非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第１回折構造を有し、第２領域は、非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第２回折構造を有する。第１領域において、第１回折構造の頂部間に含まれるステップ数と、光軸と光軸から最も近い第１回折構造の頂部の間に含まれるステップ数とが異なる。
【０００６】
また、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おり、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、光軸を含む第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２領域とを備える。第１領域は、第１非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第１回折構造を有し、第２領域は、第２非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第２回折構造を有する。そして、以下の条件を満足する。
【０００７】
【数１】
2013099201.tif 000030
ここで、
Φ１１：第１光ディスクに集光する波長λ１の光に対して、第１領域のうち最も第２領域に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差Φ１１、
Φ１２：第１光ディスクに集光する波長λ１の光に対して、第２領域のうち最も第１領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差Φ１２、
Φ２１：第２光ディスクに集光する波長λ２の光に対して、第１領域のうち最も第２領域に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差Φ２１、
Φ２２：第２光ディスクに集光する波長λ２の光に対して、第２領域のうち最も第１領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差Φ２２、
Ｎ１：Φ１１＋Φ１２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数、
Ｎ２：Φ２１＋Φ２２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数
である。
【発明の効果】
【０００８】
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、２以上の波長に対して互換性を確保しつつ、各波長の光の集光性能を向上させるのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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実施形態の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素子の回折形状を示す部分拡大図
【図４】図４（ａ）は、従来の内周領域に形成された階段状回折構造を示す図、図４（ｂ）は、従来の階段状回折構造がＢＤ光に与える位相差を説明するための図、図４（ｃ）は、従来の階段状回折構造４１０がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図
【図５】図５（ａ）は、従来の中周領域に形成された階段状回折形状を示す図、図５（ｂ）は、従来の階段状回折構造がＢＤ光に与える位相差を説明するための図、図５（ｃ）は、従来の階段状回折構造４２０がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図
【図６】図６（ａ）は、従来の階段状回折形状を１つの光学機能面内に形成したときの図、図６（ｂ）は、階段状回折構造がＢＤ光に与える位相差を説明するための図、図６（ｃ）は、従来の階段状回折構造がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図
【図７】図７（ａ）は、本実施形態の対物レンズ２００の内周領域に形成された第１階段状回折構造、および中周領域に形成された第２階段状回折構造を示す図、図７（ｂ）本実施形態の階段状回折構造がＢＤ光に与える位相差を説明するための図、図７（ｃ）は、本実施形態の階段状回折構造がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図
【図８】階段状回折構造の最も外側のステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角を説明するための図
【図９】第２実施形態の光ヘッド装置の概略構成図
【図１０】第２実施形態の対物レンズの概略断面図
【図１１】実施例２の対物レンズの内周領域の回折構造を示す概略図
【図１２】実施例２の対物レンズの回折構造を示す概略図
【図１３】実施例３の対物レンズの内周領域の回折構造を示す概略図
【図１４】実施例３の対物レンズの回折構造を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
＜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。
【００１３】
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ＣＤ規格に互換性を有した構成になっている。
【００１４】
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１４０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。
【００１５】
レーザー光源１２０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１２０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。
【００１６】
レーザー光源１２０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２００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。
【００１７】
［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。
【００１８】
第１実施形態に係る対物レンズ２００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。
【００１９】
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３つの領域、すなわち、光軸を含む内周領域２０１と、内周領域２０１を取り囲む輪帯状の中周領域２０２と、中周領域２０２を取り囲む輪帯状の外周領域２０３とに分割されている。内周領域２０１、中周領域２０２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２０３には、凹凸構造が設けられている。
【００２０】
内周領域２０１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。内周領域２０１は、第１領域の一例である。
【００２１】
中周領域２０２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２０２は、第２領域の一例である。
【００２２】
外周領域２０３はＢＤの光のみがスポットに寄与するＢＤ専用の領域である。
【００２３】
［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、階段状回折構造と鋸歯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鋸歯構造は、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鋸歯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。
【００２４】
また、図３において、階段状回折構造と鋸歯構造の下方は例えばガラス等のレンズ部材であり、階段状回折構造と鋸歯構造の上方は空気である。なお、以下の説明において、特段の説明がない限り、階段状回折構造と鋸歯構造の部分拡大図を示す他の図面でも同様に、階段状回折構造と鋸歯構造の下方をレンズ部材とし、上方を空気とする。
【００２５】
対物レンズ２００は、主として内周領域２０１と中周領域２０２と外周領域２０３とを備える。
【００２６】
対物レンズ２００は、内周領域２０１に形成される第１階段状回折構造２１０と、中周領域２０２に形成される第２階段状回折構造２２０と、外周領域２０３に形成される鋸歯構造２３０とを備える。図３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３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２０１には、第１階段状回折構造２１０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２１０で構成される。同様に、中周領域２０２には、第２階段形状２２０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２２０で構成される。
【００２７】
以下、それぞれの領域について説明する。
【００２８】
内周領域２０１に設けられる第１回折構造２１０は、レンズの光軸Ａから離れるに従って１段ずつ単調に高さが減少する６レベルの段差で１周期を構成する階段状周期構造である。ここでレベル数とは、周期構造の１周期において、レンズのベース面に対して略平行になっている階段状形状のステップの部分の数をいう。
【００２９】
内周領域２０１の階段状回折構造の段差高さは、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。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。
【００３０】
内周領域２０１に設ける階段状回折構造の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。
【００３１】
中周領域２０２に設けられる第２回折構造２２０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周期を構成する階段状周期構造である。中周領域２０２の階段状回折構造の段差高さは、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２０２に設ける階段状回折構造の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。
【００３２】
外周領域２０３に設けられる鋸歯状回折構造の高さは、外周領域２０３を通過するＢＤ用の波長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＋１次の回折次数で回折するように設計されている。
【００３３】
［１−４．特徴部分について］
本実施形態は、内周領域において、第１回折構造２１０の頂部間に含まれるステップ数と、光軸Ａと光軸から最も近い第１回折構造２１０の頂部の間に含まれるステップ数とが異なることを特徴とする。なお、第１回折構造２１０の頂部とは、第１回折構造２１０のうち、ベース面からの高さが最も高い部分をいう。
【００３４】
このように内周領域を設計することで、対物レンズの収差が小さくなり、結果として性能の良いＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤの３つの波長で互換する光学素子が実現できる。以下、理由について説明する。
【００３５】
図４〜７は、階段状回折構造がＢＤ光およびＤＶＤ光に与える位相変化量を説明するための模式図である。
【００３６】
図４（ａ）は、従来の内周領域に形成された階段状回折構造４１０を示す図である。図４（ｂ）は、この従来の階段状回折構造４１０がＢＤ光に与える位相差を説明するための図である。図４（ｃ）は、この従来の階段状回折構造４１０がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【００３７】
図５（ａ）は、従来の中周領域に形成された階段状回折形状４２０を示す図である。図５（ｂ）は、この従来の階段状回折構造４２０がＢＤ光に与える位相差を説明するための図である。図５（ｃ）は、この従来の階段状回折構造４２０がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【００３８】
図６（ａ）は、図４および図５で説明した従来の階段状回折形状４１０、４２０を１つの光学機能面内に形成したときの図である。図６（ｂ）は、この従来の階段状回折構造４１０、４２０がＢＤ光に与える位相差を説明するための図である。図６（ｃ）は、この従来の階段状回折構造４１０、４２０がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【００３９】
図７（ａ）は、本実施形態の対物レンズ２００の内周領域２０１に形成された第１階段状回折構造２１０、および中周領域２０２に形成された第２階段状回折構造を示す図である。図７（ｂ）は、本実施形態の階段状回折構造がＢＤ光に与える位相差を説明するための図である。図７（ｃ）は、本実施形態の階段状回折構造がＤＶＤ光に与える位相差を説明するための図である。
【００４０】
複数のフォーマットに対応する互換レンズでは、内周領域と外周領域とで異なる形状の階段状回折形状が形成される。この階段状回折形状は、各段差部分で通過する光の波長に応じた位相差を発生させる機能を有する。
【００４１】
まず、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて従来の内周領域に形成された階段状回折構造について説明する。図４（ａ）に示す階段状回折構造４１０は、６レベルの構造である。図４（ａ）に示すように、従来の構成では、光軸Ａに垂直な方向において、階段状回折構造４１０の各ステップのうち最も高い部分から最も低い部分までを１周期として設計されている。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、階段状回折形状が６レベルの場合、１段の深さはＢＤ光にとって約１．３３波長分の距離となるように設計する。１段の段差が発生する位相差はＢＤ光に対しては約１．３３波長分であるが、波長の整数倍分の位相差は、スポットの形成には影響しない。よって、この１段の段差は、ＢＤ光にとっては約０．３３波長分の位相差を発生する段差と等しい。本実施形態では１周期には６段の段差があるので、その１段につき約０．３３波長分の位相差が発生する。その結果、図４（ｂ）に示すように、１周期にわたってＢＤ光に対して約２波長分の位相差が発生する。つまり、内周領域２０１を通過するＢＤ光は、＋２次の回折次数で回折することになる。
【００４３】
ＢＤ光にとっての約１．３３波長分の距離は、ＤＶＤ光にとっては約０．８３波長分の距離となる。これはＢＤ光とＤＶＤ光との波長差と、光学素子の屈折率の差に因る。１段の段差が発生する位相差はＤＶＤ光に対しては約０．８３波長分であるが、波長の整数倍分の位相の差は、スポットの形成には影響しない。よって、この１段の段差は、ＤＶＤ光にとっては約−０．１７波長分の、ＢＤ光とは逆向きの位相差を発生する段差と等しい。ここでは１周期内に６段の段差があるので、その１段につき約−０．１７波長分の位相差が発生する。その結果、図４（ｃ）に示すように、１周期にわたってＤＶＤ光に対して約−１波長分の位相差が発生する。つまり、内周領域２０１を通過するＤＶＤ光は、−１次の回折次数で回折することになる。
【００４４】
ここで、階段状回折構造４１０同士の接続部分Ｃに着目して説明する。図４（ａ）のような従来の構成の場合、階段状回折形状の接続部Ｃでは、ＢＤ光はベース面Ｌに対して、約０．５波長分、もしくは約−０．５波長分の位相差が発生する（図４（ｂ）参照）。一方、接続部Ｃでは、ＤＶＤ光はベース面Ｌに対しり位相差がほとんど無い（図４（ｂ）参照）。
【００４５】
次に、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて従来の中周領域に形成された階段状回折構造４２０について説明する。図５（ａ）に示す階段状回折構造４２０は、４レベルの構造である。図５（ａ）に示すように、従来の構成では、光軸Ａに垂直な方向において、階段状回折構造４２０の各ステップのうち最も高い部分から最も低い部分までを１周期として設計されている。
【００４６】
階段状回折形状が４レベルの場合、１段の深さはＢＤ光にとって約１．２５波長分の距離となるように設計する。１段の段差で発生する位相差はＢＤ光に対しては約１．２５波長分だが、波長の整数倍分の位相の差は、スポットの形成には影響しない。よって、この１段の段差は、ＢＤ光にとっては約０．２５波長分の位相差を発生する段差と等しい。ここでは、１周期内に４段の段差があり、その１段につき約０．２５波長分の位相差が発生する。その結果、図５（ｂ）に示すように、１周期にわたってＢＤ光に対して約１波長分の位相差が発生する。つまり、中周領域を通過するＢＤ光は、＋１次の回折次数で回折することになる。
【００４７】
ＢＤ光にとっての約１．２５波長分の距離は、ＤＶＤ光にとっては約０．７５波長分の距離となる。これはＢＤ光とＤＶＤ光の波長差と、光学素子の屈折率の差に因る。１段の段差が発生する位相差はＤＶＤ光に対しては約０．７５波長分であるが、波長の整数倍分の位相の差は、スポットの形成には影響しない。よって、この１段の段差は、ＤＶＤ光にとっては約−０．２５波長分の、ＢＤ光とは逆向きの位相差を発生する段差と等しい。本実施形態では１周期には４段の段差があるので、その１段につき約−０．２５波長分の位相差が発生する。その結果、図５（ｃ）に示すように、１周期にわたってＤＶＤ光に対して約−１波長分の位相差が発生する。つまり−１次の回折次数で回折することになる。
【００４８】
ここで、階段状回折構造４２０同士の接続部分Ｃに着目して説明する。図５（ａ）のような従来の構成の場合、階段状回折形状の接続部Ｃでは、ＢＤ光、ＤＶＤ光ともにベース面Ｌに対して、位相差がほとんど無い（図５（ｂ）および（ｃ）参照）。
【００４９】
次に、従来の階段状回折構造４１０、４２０を接続した場合について説明する。
【００５０】
図６（ａ）は、図４（ａ）および図５（ａ）に示した階段状回折構造４１０、４２０を１つの光学機能面上で接続したときの図である。以下、ＢＤ光およびＤＶＤ光が図６（ａ）の示すような従来の構造を通過するときの位相の変化について説明する。
【００５１】
上述したとおり、ＤＶＤ光が階段状回折構造４１０を通過するときに発生する位相差も、階段状回折構造４２０を通過するときに発生する位相差も、ともに１波長分である。そのため、図６（ｃ）に示すように、２つ階段状回折構造４１０、４２０の接続部Ｃで、ＤＶＤ光の位相の差がない。言い換えると、接続部ＣでＤＶＤ光の位相が一致する。すなわち、この２つの階段状回折構造４１０、４２０を通過するＤＶＤ光は、波面が揃った状態で出射される。
【００５２】
一方、図６（ｂ）に示すように、接続部Ｃにおいて、ＢＤ光には約０．５波長分の位相の差が生じる。つまり内周領域を通過するＢＤ光と中周領域を通過するＢＤ光の位相が略逆位相となる。逆位相の光は記録面上のスポット上で光の強度を打ち消すように干渉するため、適切なスポットを形成できなくなる。よって光学素子の性能が悪化する。
【００５３】
従来は、上記のように階段状回折形状を１周期として異なる回折形状を光学素子の領域間で接続していた。そして、ある１つの波長について光の波面を略一致させる方法が検討されていた。しかし、本実施形態の対物レンズが実現するような、ＢＤ光とＤＶＤ光のように複数の異なる波長の光について、波面を略一致させる手段については今まで十分に検討されていなかった。
【００５４】
そこで本実施形態では、内周領域２０１において、第１階段状回折構造２１０の頂部間に含まれるステップ数と、光軸Ａと光軸Ａから最も近い第１階段状回折構造の頂部の間に含まれるステップ数とが異なるように設計する。
【００５５】
図７（ａ）は、本実施形態の対物レンズ２００の内周領域２０１に形成された第１階段状回折構造２１０および中周領域２０２に形成された第２階段状回折構造２２０を示す図である。
【００５６】
図７（ａ）に示すように、隣り合う第１階段状回折構造２０１の頂部Ｔの間に含まれるステップ数は６であり、光軸Ａと光軸Ａから最も近い第１階段状回折構造２１０の頂部Ｔとの間に含まれるステップ数は３である。
【００５７】
このような形状を１周期とすることで、内周領域２０１と中周領域２０２の接続部ＣにおけるＢＤ光の位相差は、内周領域２０１では約＋０．５波長分であり、中周領域２０２では約−０．５波長分となる。その結果、この接続部Ｃでは、ＢＤ光は約１波長分の位相差が生じる。しかし前述のように波長の整数倍分の位相差はスポットの形成には寄与しない。よって、接続部ＣではＢＤ光の位相は略揃うことになり、従来のような逆位相にならない。
【００５８】
ＤＶＤ光についても同様に、接続部ＣにおけるＤＶＤ光の位相差は、内周領域２０１では約＋０．５波長分であり、中周領域２０２では約−０．５波長分となる。その結果、この接続部ＣではＤＶＤ光は約１波長分の位相差が生じる。しかし、前述のように波長の整数倍分の位相差はスポットの形成には寄与しない。よって接続部ＣではＤＶＤ光の位相は略揃うことになり、従来のような逆位相にならない。
【００５９】
このような構成により、ＢＤ光およびＤＶＤ光の２つの波長の光の位相を揃えることができる。
【００６０】
このように設計することで、ＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤの３つの波長に互換性を有し、かつ、集光性能に優れた光学素子が実現できる。
【００６１】
なお、本実施の形態は、ＢＤ光とＤＶＤ光の波面を略一致させる方法について説明したが、ＣＤ光に関しても波面が略一致するように設計してもよい。このようにする場合、光学素子の表面をさらに複数の領域に分割する。
【００６２】
また、第１光ディスクに集光する波長λ１の光に対して、内周領域２０１のうち最も中周領域に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差Φ１１と、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差Φ１２が下記式（１）を満たし、かつ、第２光ディスクに集光する波長λ２の光に対して、内周領域２０１のうち最も中周領域２０２に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差Φ２１と、中周領域２０２のうち最も内周領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差Φ２２が下記式（２）を満たすことが望ましい。このような構成によっても、ＢＤ光およびＤＶＤ光の２つの波長の光の位相を揃えることができる。
【００６３】
【数２】
2013099201.tif 000031
ただし、
Ｎ１：Φ１１＋Φ１２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数、
Ｎ２：Φ２１＋Φ２２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数
である。
【００６４】
さらに、内周領域２０１のうち最も中周領域に近いステップの光軸方向における第１非球面からの高さをｄ１とし、中周領域のうち最も内周領域に近いステップの光軸方向における第２非球面からの高さをｄ２としたときに、Φ１１、Φ１２、Φ２１、Φ２２は下記式（３）〜（６）で表すことが可能である。
【００６５】
【数３】
2013099201.tif 000032
ただし、
ｓ１：内周領域の終端部（最も外側）に位置するステップが、光軸Ａに直交する平面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
ｓ２：中周領域の始端部（最も内側）に位置するステップが、光軸Ａに直交する平面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
ｆ：対物レンズの焦点距離［ｍｍ］、
ｎ１：波長λ１のときの光学素子の屈折率、
ｎ２：波長λ２のときの光学素子の屈折率
である。
【００６６】
図８は、階段状回折構造の最も外側のステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角を説明するための図である。図８において、Ｌはベース面（非球面）を表し、Ｍは光軸と直交する平面を表し、Ｐは第１階段状回折構造２１０の最も外側のステップまたは第２階段状回折構造の最も内側のステップの外面を包含する平面を表す。上述した角度ｓ１およびｓ２は、図８のように定義される値である。
【００６７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る光ヘッド装置５００について説明する。第１実施形態の光ヘッド１００は、３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５００は、２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。
【００６８】
また、本実施形態の対物レンズ６００は、ＢＤ光とＤＶＤ光の２つの波長に対して収差補正を行うことができる。対物レンズ６００の光学機能面には、第１実施形態の対物レンズ２００の内周領域２１０および中周領域２２０をそのまま適用することができる。
【００６９】
すなわち、対物レンズ６００の内周領域６０１が、対物レンズ２００の内周領域２０１に相当する。また。対物レンズ６００の外周領域６０２が対物レンズ２００の中周領域２０２に相当する。対物レンズ６００の内周領域６０１は、第１領域の一例である。また、対物レンズ６００の外周領域６０２は、第２領域の一例である。
[２−１．光ヘッド装置]
【００７０】
以下、光ヘッド装置５００について説明する。
【００７１】
図９は、光ヘッド装置５００の概略構成図である。
【００７２】
青色光ビーム６１の光の流れについては、第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００７３】
レーザー光源１２５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１２５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６００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６００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。
【００７４】
［２−２．対物レンズ］
次に、本実施形態の対物レンズ６００について説明する。図１０は、本実施形態の対物レンズ６００の概略断面図である。
【００７５】
対物レンズ６００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６０１と、内周領域６０１を取り囲む輪帯状の外周領域６０２とに分割されている。内周領域６０１には、第１実施形態の第１階段状回折構造２１０に対応する第１階段状回折構造が設けられている。外周領域６０２には、第１実施形態の第２階段状回折構造２２０に対応する第２階段状回折構造６２０が設けられている。内周領域６０１と外周領域６０２はともに、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。
【００７６】
第２実施形態における第１階段状回折構造および第２階段状回折構造の光学的な機能や、１周期分の形状や、接続部分での位相差については第１実施形態と同様であるので、繰り返しの説明を省略する。
【００７７】
（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】
【００７８】
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用いて説明する。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。
【００７９】
【数４】
2013099201.tif 000033
ここで、
Ｘ：光軸からの高さがｈである非球面状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。
【００８０】
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。
【００８１】
【数５】
2013099201.tif 000034
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
【００８２】
実施例１〜３の対物レンズ素子の光学面の部分拡大図を、図７、１１および１３に示す。具体的には、図７、１１および１３は、内周領域と中周領域とで構成される互換領域を拡大した図である。本実施例では、それぞれの図において、光学面の下方をレンズ部材とし、回折構造の上方を空気とする。
【００８３】
（実施例１）
実施例１は、実施形態１に対応する。実施例１に係る対物レンズの第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、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、鋸歯状回折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１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０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７８ｍｍ、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１．９４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【００８４】
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。
【００８５】
【表１】
2013099201.tif 000035
【００８６】
【表２】
2013099201.tif 000036
【００８７】
実施例１の内周領域では、６レベルの階段状段差により１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第６段差とする。階段状回折構造の１周期を構成する各段差の深さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．３３波長分の位相差を付与するように設計され、第３段差と第４段差の間の深さは、逆方向に略６．６５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【００８８】
ここで段差の深さとは、図７の矢印で示すように隣り合う段差の間に存在する、光軸に平行な方向の高さを指す。
【００８９】
実施例１の中周領域では、４レベルの階段状段差により１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。階段状回折構造の１周期を構成する各段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第２段差と第３段差の間の高さは、逆方向に略３．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【００９０】
本実施例では、第１回折構造の頂部間に含まれるステップ数は６であり、光軸と光軸から最も近い第１回折構造の頂部との間に含まれるステップ数は３である。
【００９１】
内周領域のうち最も中周領域に近いステップが内周領域の非球面に与える位相差は、ＢＤ光に対して約０．６６波長分であり、ＤＶＤ光に対して約０．４２波長分である。また、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが中周領域の非球面に与える位相差は、ＢＤ光に対して約−０．６２５波長分であり、ＤＶＤ光に対して約−０．３７５波長分である。内周領域のうち最も中周領域に近いステップの、内周領域の非球面からの光軸方向の高さは約０．６３μｍであり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップの、中周領域の非球面からの光軸方向の高さは約０．７２μｍである。内周領域のうち最も中周領域に近いステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４９．０度であり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４９．１度である。
【００９２】
このように構成すると、内周領域と中周領域の接続部Ｃ近傍のＢＤ光の位相は、内周領域では約＋０．５波長分、中周領域では約−０．５波長分となり、この接続部ＣではＢＤ光には約１波長分の位相差が生じている。しかし前述のように波長の整数倍分の位相差はスポットの形成には寄与しない。よって接続部ＣではＢＤ光の位相は略揃うことになり、従来のような逆位相にならない。
【００９３】
ＤＶＤ光についても同様に、内周領域と中周領域の接続部Ｃ近傍のＤＶＤ光の位相は、内周領域では約＋０．５波長分、中周領域では約−０．５波長分となり、この接続部ＣではＤＶＤ光には約１波長分の位相差が生じている。しかし前述のように波長の整数倍分の位相差はスポットの形成には寄与しない。よって接続部ＣではＤＶＤ光の位相は略揃うことになり、従来のような逆位相にならない。
【００９４】
このように設計することで、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの波長に互換性を有し、かつ、集光性能に優れた光学素子が実現できる。
【００９５】
（実施例２）
図１１および１２は、実施例２の対物レンズを説明するための模式図である。
【００９６】
実施例２に係る対物レンズの第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、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０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７８ｍｍ、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１．９４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【００９７】
表３および４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。
【００９８】
【表３】
2013099201.tif 000037
【００９９】
【表４】
2013099201.tif 000038
【０１００】
図１１に示すように、実施例２の対物レンズの内周領域は、７レベルの階段状段差が連続して形成されることにより１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第７段差とする。
【０１０１】
図１１では、段差は１周期の中に８つ存在するが、第８段差に相当する段差は、第１段差と同じ位相差を与える段差である。内周領域にこの回折構造を形成した場合、第８段差に相当する段差と、隣り合う回折形状の第１段差は一致し、領域全体で見たときに第８段差と第１段差は区別できない。よってこの回折形状は７レベルの階段状回折形状として見ることができる。
【０１０２】
言い換えると、この第１回折構造は、単調に減少する７レベルの階段状形状を１周期とした回折形状の中間部分から中間部分までを１周期としたものである。
【０１０３】
階段状回折構造の１周期を構成する各段差の深さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．１４波長分の位相差を付与するように設計され、第４段差と第５段差の間の深さは、逆方向に略６．８４波長分の位相差を付与するように設計されている。
【０１０４】
実施例２の中周領域では、４レベルの階段状段差が連続して形成されることにより１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。階段状回折構造の１周期を構成する各段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第２段差と第３段差の間の高さは、逆方向に略３．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【０１０５】
内周領域のうち最も中周領域に近いステップが、内周領域の非球面に与える位相差はＢＤ光に対して約０波長分であり、ＤＶＤ光に対して約０波長分であり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが、中周領域の非球面に与える位相差はＢＤ光に対して約１．８７５波長分であり、ＤＶＤ光に対して約１．１２５波長分である。内周領域のうち最も中周領域に近いステップの、内周領域の非球面からの光軸方向の高さは約０μｍであり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップの、中周領域の非球面からの光軸方向の高さは約１．８２μｍである。内周領域のうち最も中周領域に近いステップが光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４９．８度であり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４９．７度である。
【０１０６】
本実施例では、第１回折構造の頂部間に含まれるステップ数は７であり、光軸と光軸から最も近い第１回折構造の頂部との間に含まれるステップ数は４である。
【０１０７】
このように構成すると、内周領域と中周領域の接続部ＣのＢＤ光、ＤＶＤ光の位相は略一致する。
【０１０８】
このように設計することで、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの波長に互換性を有し、かつ、集光性能に優れた光学素子が実現できる。
【０１０９】
（実施例３）
図１３および１４は実施例３の対物レンズを説明するための模式図である。
【０１１０】
実施例３に係る対物レンズの第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、９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、鋸歯状回折構造が設けられている。第２面は、非球面が設けられている。実施例３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０．１ｍｍである。ＤＶＤに関する設計値は、波長６６０ｎｍ、焦点距離１．７８ｍｍ、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１．９４ｍｍ、情報記録媒体の保護層厚１．２ｍｍである。
【０１１１】
表５および６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。
【０１１２】
【表５】
2013099201.tif 000039
【０１１３】
【表６】
2013099201.tif 000040
【０１１４】
図１３に示すように、実施例３の内周領域では、９レベルの階段状段差が連続して形成されることにより１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、…、第９段差とする。
【０１１５】
図１３では、段差は１周期の中に１０存在するが、第１０段差に相当する段差は、第１段差と同じ位相差を与える段差である。内周領域にこの回折構造を形成した場合、第１０段差に相当する段差と、隣り合う回折形状の第１段差は一致し、領域全体で見たときに第１０段差と第１段差は区別できない。よってこの回折形状は９レベルの階段状回折形状として見ることができる。
【０１１６】
言い換えると、この第１回折構造は、単調に減少する９レベルの階段状形状を１周期とした回折形状の中間部分から中間部分までを１周期としたものである。
【０１１７】
階段状回折構造の１周期を構成する各段差の深さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．１１波長分の位相差を付与するように設計され、第５段差と第６段差の間の深さは、逆方向に略８．８８波長分の位相差を付与するように設計されている。
【０１１８】
実施例３の中周領域では、４レベルの階段状段差の連続により１つの輪帯周期が構成されている。各輪帯内において、光軸側から外方側に順に、第１段差、第２段差、第３段差、第４段差とする。階段状回折構造の１周期を構成する各段差の高さは、ＢＤの設計波長の光に対して略１．２５波長分の位相差を付与するように設計され、第２段差と第３段差の間の高さは、逆方向に略３．７５波長分の位相差を付与するように設計されている。
【０１１９】
本実施例では、第１回折構造の頂部間に含まれるステップ数は９であり、光軸と光軸から最も近い第１回折構造の頂部との間に含まれるステップ数は５である。
【０１２０】
内周領域のうち最も中周領域に近いステップが、内周領域の非球面に与える位相差はＢＤ光に対して約０波長分であり、ＤＶＤ光に対して約０波長分であり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが、中周領域の非球面に与える位相差はＢＤ光に対して約１．８７５波長分であり、ＤＶＤ光に対して約１．１２５波長分である。内周領域のうち最も中周領域に近いステップの、内周領域の非球面からの光軸方向の高さは約０μｍであり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップの、中周領域の非球面からの光軸方向の高さは約１．８０μｍである。内周領域のうち最も中周領域に近いステップが光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４７．７度であり、中周領域のうち最も内周領域に近いステップが光軸に直交する平面に対してなす傾斜角は約４７．６度である。
【０１２１】
このように構成すると、内周領域と中周領域の接続部ＣのＢＤ光、ＤＶＤ光の位相は略一致する。
【０１２２】
このように設計することで、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの波長に互換性を有し、かつ、集光性能に優れた光学素子が実現できる。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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】
【０１２６】
本開示における対物レンズ及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つを行う野に有効である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０  光ディスク
１１  情報記録面
２０  光ディスク
２１  情報記録面
３０  光ディスク
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
１２０  レーザー光源
１２５  レーザー光源
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
２０２  中周領域
２０３  外周領域
２１０  第１階段状回折構造
２２０  第２階段状回折構造
２３０  鋸歯状回折構造
５００  光ヘッド装置
６００  対物レンズ
６０１  内周領域
６０２  中周領域
６０３  外周領域
６１０  第１階段状回折構造
６２０  第２階段状回折構造
６３０  鋸歯状回折構造
【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、光軸を含む第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２領域とを備え、
前記第１領域は、非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第１回折構造を有し、
前記第２領域は、非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第２回折構造を有し、
前記第１領域において、前記第１回折構造の頂部間に含まれるステップ数と、光軸と光軸から最も近い前記第１回折構造の頂部の間に含まれるステップ数とが異なる、光学素子。
【請求項２】
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、光軸を含む第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２領域とを備え、
前記第１領域は、第１非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第１回折構造を有し、
前記第２領域は、第２非球面上に周期的に形成された、階段状の断面を持つ第２回折構造を有し、
以下の条件を満足する、光学素子：
【数６】
2013099201.tif 000041
ここで、
Φ１１：第１光ディスクに集光する波長λ１の光に対して、第１領域のうち最も前記第２領域に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差Φ１１、
Φ１２：第１光ディスクに集光する前記波長λ１の光に対して、前記第２領域のうち最も前記第１領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差Φ１２、
Φ２１：第２光ディスクに集光する波長λ２の光に対して、第１領域のうち最も前記第２領域に近いステップが、第１非球面に対して与える位相差Φ２１、
Φ２２：第２光ディスクに集光する前記波長λ２の光に対して、第２領域のうち最も前記第１領域に近いステップが、第２非球面に対して与える位相差Φ２２、
Ｎ１：Φ１１＋Φ１２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数、
Ｎ２：Φ２１＋Φ２２で与えられる数値の小数第１位を四捨五入した整数
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２に記載の光学素子：
【数７】
2013099201.tif 000042
ここで、
ｄ１：第１領域のうち最も第２領域に近いステップの第１非球面からの光軸方向の高さ、
ｄ２：第２領域のうち最も第１領域に近いステップの第２非球面からの光軸方向の高さ、
ｓ１：第１領域の最も外側のステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
ｓ２：第２領域の最も内側のステップが、光軸に直交する平面に対してなす傾斜角［ｄｅｇ］、
ｆ：対物レンズの焦点距離［ｍｍ］、
ｎ１：波長λ１のときの光学素子の屈折率、
ｎ２：波長λ２のときの光学素子の屈折率
である。
【請求項４】
前記第１領域の回折構造が、５〜９のステップを１周期とする階段状の回折構造である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第２領域の回折構造が、３〜８のステップを１周期とする階段状の回折構造であり、
前記第２領域の回折構造の１周期のステップ数が、前記第１領域の回折構造の１周期のステップ数未満である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記波長λ１の光は波長３５０〜４５０ｎｍであり、
前記波長λ２の光は波長６００〜８００ｎｍである、請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１に記載の光学素子を備える、光ヘッド装置。
【請求項８】
前記第１領域の回折構造が、５〜９のステップを１周期とする階段状の回折構造である、請求項２に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第２領域の回折構造が、３〜８のステップを１周期とする階段状の回折構造であり、
前記第２領域の回折構造の１周期のステップ数が、前記第１領域の回折構造の１周期のステップ数未満である、請求項２に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記波長λ１の光は波長３５０〜４５０ｎｍであり、
前記波長λ２の光は波長６００〜８００ｎｍである、請求項２に記載の光学素子。
【請求項１１】
請求項２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】
2013099201.tif 000043
【図２】
2013099201.tif 000044
【図３】
2013099201.tif 000045
【図４】
2013099201.tif 000046
【図５】
2013099201.tif 000047
【図６】
2013099201.tif 000048
【図７】
2013099201.tif 000049
【図８】
2013099201.tif 000050
【図９】
2013099201.tif 000051
【図１０】
2013099201.tif 000052
【図１１】
2013099201.tif 000053
【図１２】
2013099201.tif 000054
【図１３】
2013099201.tif 000055
【図１４】
2013099201.tif 000056
【国際調査報告】
2013099201.tif 000057
2013099201.tif 000058